GEOS-Chem嵌套网格模拟中的边界条件问题分析与解决

GEOS-Chem嵌套网格模拟中的边界条件问题分析与解决

geos-chem GEOS-Chem "Science Codebase" repository. Contains GEOS-Chem science routines, run directory generation scripts, and interface code. This repository is used as a submodule within the GCClassic and GCHP wrappers, as well as in other modeling contexts (external ESMs). 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ge/geos-chem

问题背景

在使用GEOS-Chem v14.5.0进行嵌套网格模拟时，研究人员遇到了边界条件相关的运行错误。当尝试从2x2.5度全球模拟结果中获取边界条件来驱动0.25x0.3125度的嵌套网格模拟时，模型运行数小时后失败，出现时间步长相关的错误。

错误现象

初始错误表现为HEMCO模块无法找到足够的时间切片来插值边界条件数据。研究人员尝试了以下解决方法：

1. 按照手册建议修改HEMCO_Config.rc和HISTORY.rc文件，将输出时间步长设置为3小时，但问题依旧
2. 将HEMCO_Config.rc中边界条件部分的ExtNr从"BC_"改为"SpeciesBC_"，虽然模型能够运行，但边界条件文件中的物种浓度全部变为背景值

根本原因分析

经过深入分析，这个问题主要由以下几个因素导致：

1. 时间切片不完整：边界条件文件需要包含完整的时间切片数据（通常需要8个时间点）。如果全球模拟与嵌套网格模拟在同一天开始，可能导致边界条件文件缺少初始时间切片。

2. 文件命名规范：HEMCO对边界条件文件的命名有特定要求，不正确的ExtNr设置会导致HEMCO无法正确识别和读取边界条件数据。

3. 时间对齐问题：边界条件文件的时间戳必须与嵌套网格模拟的时间段完全匹配，否则会导致插值失败。

解决方案

针对这一问题，我们建议采取以下解决步骤：

1. 调整模拟起始时间：

   • 全球模拟应比嵌套网格模拟提前至少1天开始
   • 例如，若嵌套网格模拟从2019/01/01开始，全球模拟应从2018/12/31开始

2. 验证边界条件文件：

   • 使用ncdump工具检查边界条件文件是否包含完整的时间切片
   • 确认每个文件包含8个时间点（通常为0000z、0300z、0600z、0900z、1200z、1500z、1800z、2100z）

3. 正确配置HEMCO：

   • 保持ExtNr为"BC_"而非"SpeciesBC_"
   • 确保HEMCO_Config.rc中的时间步设置与HISTORY.rc一致

4. 文件命名检查：

   • 确认所有边界条件文件以"_0000z.nc4"结尾
   • 避免出现"_0010z.nc4"等非标准命名

实施建议

对于Trace metals等特殊模拟，还需特别注意：

1. 边界条件文件中必须包含所有模拟物种的数据
2. 物种名称在全局模拟和嵌套网格模拟中必须完全一致
3. 建议先进行短期测试运行，验证边界条件是否正确传递

通过以上措施，可以确保GEOS-Chem嵌套网格模拟能够正确读取和使用边界条件数据，避免运行时错误和数据异常。

geos-chem GEOS-Chem "Science Codebase" repository. Contains GEOS-Chem science routines, run directory generation scripts, and interface code. This repository is used as a submodule within the GCClassic and GCHP wrappers, as well as in other modeling contexts (external ESMs). 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ge/geos-chem