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CMAQv5.3 User Manual

09/09/2019

Contents

1. Overview 7

Disclaimer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.2 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3 Instrumented Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4 New Features in CMAQv5.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5 System Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.6 CMAQ Support Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. Program Structure 12

2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2 CMAQ Core Programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3 Online Emissions Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4 Post-processing Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.5 Utilities for Developers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3. Preparing Compute Environment for CMAQ Simulations 14

3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.2 Hardware Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.3 Software Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.3.1 Message Passing Interface (MPI) library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.3.2 netCDF library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

CMAQv5.3 User Manual Contents

3.3.3 I/O API library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.4 Optional Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.5 References: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4. Model Input Files 19

4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.2 CMAQ Pre-processors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.2.1 Meteorology-Chemistry Interface Processor (MCIP) . . . . . . . . . . . . . . 19

4.2.2 Initial Conditions Processor (ICON) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.2.3 Boundary Conditions Processor (BCON) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2.4 External Software Programs for Preparing CMAQ Inputs . . . . . . . . . . . . 22

4.3 CMAQ Input Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.4 GRIDDESC and Species Namelist Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.5 Initial Conditions Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.6 Boundary Conditions Input . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.7 Meteorological Inputs (Processed for the CMAQ System using MCIP) . . . . . . . . . 32

4.8 Emissions Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.9 Biogenic and Land Surface Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.10 Photolysis Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5. Running a CMAQ Simulation 47

5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.2 Getting the CMAQ Source Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.2.1 Git Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.2.2 Zip file Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.3 The CMAQ Repository Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.4 Building CMAQ Outside of the Repository in a User-Specified Directory . . . . . . . 51

5.5 Initialization of CMAQ Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5.6 Compiling CMAQ Chemistry-Transport Model (CCTM) . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5.7 Running CCTM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.7.1 CCTM Logfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.7.2 CCTM Output files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.7.3 Common errors causing the CCTM simulation to crash . . . . . . . . . . . . . 61

v 5.3 2

CMAQv5.3 User Manual Contents

6. Model Configuration Options 61

6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6.2 Numerical Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

6.3 Grid Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

6.3.1 Horizontal Domains and Lateral Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6.3.2 Vertical Domains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

6.4 Science Configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

6.5 Advection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

6.6 Horizontal Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.7 Vertical Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.8 Dry Deposition/Air-surface exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

6.8.1 Dry Deposition - m3dry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

6.8.2 Dry Depostion - STAGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

6.9 Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

6.9.1 Emission Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

6.9.2 Online Emission Streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6.10 Gas Phase Chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.10.1 Gas Phase Chemical Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.10.2 Solvers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6.10.3 Photolysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6.10.4 Nitrous Acid (HONO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6.11 Aerosol Dynamics and Chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

6.12 Aqueous Chemistry, Scavenging and Wet Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.13 Potential Vorticity Scaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6.14 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

7. Model Output Files 90

7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

7.2 CCTM Output Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

7.3 Restart Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

7.4 Diagnostic and Advanced CMAQ Output Files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

v 5.3 3

CMAQv5.3 User Manual Contents

8. Analysis Tools for CMAQ output 97

8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

8.2 Aggregating and Transforming Model Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

8.3 Model-Observation Pairing for Model Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

8.3.1 Spatial matching in sitecmp and sitecmp_dailyo3 . . . . . . . . . . . . . . . . 99

8.3.2 Temporal matching in sitecmp and sitecmp_dailyo3 . . . . . . . . . . . . . . . 99

8.4 The Atmospheric Model Evaluation Tool (AMET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

8.5 Visualization Environment for Rich Data Interpretation (VERDI) . . . . . . . . . . . . 101

9. Process Analysis 102

9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

9.2 Use of Process Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

9.3 Description of the PACM_INFILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

9.4 Parameters for IPR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

9.5 Parameters for IRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

9.6 Example IRR applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

9.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

10. Decoupled Direct Method in Three Dimensions (CMAQ-DDM-3D) 110

10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

10.2 CMAQ-DDM-3D Releases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

10.3 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

11. Integrated Source Apportionment Method (CMAQ-ISAM) 111

11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

11.2 Build Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

11.3 Run Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

11.3.1 ISAM control file (SA_IOLIST) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

11.4 ISAM Benchmark data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

11.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

12. Sulfur Tracking Method 115

12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

12.2 Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

v 5.3 4

CMAQv5.3 User Manual Contents

13. WRF-CMAQ Coupled Model 118

13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

13.2 Aerosol Direct Radiative Feedback Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

13.3 Application and Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

13.4 Latest WRF-CMAQ Release . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

13.5 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

Appendix A: Model options 120

A.1 Configuration Options (config_cmaq.csh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

A.2 Compilation Options (bldit_cctm.csh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

A.3 Execution Options (run_cctm.csh) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

MPI Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Vertical extent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Timestep Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

CCTM Configuration Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Synchronization Time Step and Tolerance Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Science Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Process analysis options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

I/O Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Aerosol Diagnostics Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Diagnostic Output Flags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Inline emissions configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Lightning NOx configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Windblown dust emissions configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Appendix B: Emissions Input and Control 136

B.1 Emissions Control with the Detailed Emissions Scaling, Isolation and Diagnostics Mod-

ule (DESID) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

B.2 General Specs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

B.3 Emission Scaling Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

B.3.1 Default Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

B.3.2 Modifying Default rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

B.4 Applying Masks for Spatial Dependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

v 5.3 5

剩余156页未读，继续阅读

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内容反馈

爱吃番茄great

2023-07-26

它还提供了一些实用的技巧和建议，让用户在使用CMAQ-5.3时能够更高效地操作。
是因为太久

2023-07-26

这份用户手册结构合理，章节安排得当，方便读者查找和阅读。
思想假

2023-07-26

它提供了丰富的实例和案例，帮助读者更好地理解和应用CMAQ-5.3。
申增浩

2023-07-26

该用户手册清晰易懂，语言简洁明了，让人容易理解和上手。
色空空色

2023-07-26

这份文件详细介绍了CMAQ-5.3的使用方法，非常适合初学者。

姑苏·安阳

粉丝: 32
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