Dicas para montar os namelists do WRF

Os arquivos “namelist” contém valores de variáveis fundamentais para o sistema de modelagem numérica para previsão de tempo WRF. Elas são lidas durante a execução do programa, o que permite alterar sua configuração sem a necessidade de recompilar o código fonte. O WRF trabalha com parâmetros dentro de três arquivos de texto: namelist.wps (pré-processamento), namelist.input (processamento) e namelist.ARWpost (pós-processamento).

O WRF Domain Wizard é uma interface gráfica do usuário (GUI) para o WRF Preprocessing System (WPS) e um componente interno do WRF Portal. Permite aos usuários definir e localizar facilmente domínios (casos) selecionando uma região da Terra e escolhendo uma projeção de mapa. Os usuários também podem definir “nests” (grades aninhadas, ou seja, mais de um domínio para o mesmo estudo), editar os arquivos namelist.input e namelist.wps, executar os programas WPS (geogrid, ungrib e metgrid) através da GUI e visualizar a saída NetCDF.

Tela com dois domínios usando WRF Domain Wizard

Existem duas maneiras de usar a versão autônoma do WRF Domain Wizard: Java Web Start ou baixando o aplicativo e descompactando-o, conforme segue:

wget https://esrl.noaa.gov/gsd/wrfportal/domainwizard/WRFDomainWizard.zip
mkdir WRFDomainWizard
unzip WRFDomainWizard.zip -d WRFDomainWizard
cd WRFDomainWizard
chmod +x run_DomainWizard
./run_DomainWizard

Precisa da máquina Java instalada – veja mais clicando no link. O roteiro a seguir foi baseado no tutorial do dtcenter e no vídeo Adding a new domain to be used by WRF4G. Eles seguem também para rodar o WPS, mas aqui o foco é montar as namelists: primeiro o “.input”, depois o “.wps” e então o “.ARWpost”.

Exemplo de roteiro para montar namelists

  1. (opcional, caso não vá rodar o WPS) Escolha os diretórios onde estão o WPS, dados de terreno e domínios
  2. Escolha “New domain” e clique em “next”
  3. Escreva um nome e descrição e clique em “next”
  4. Clique em um ponto do mapa e arraste o curso para formar um retângulo abrangendo a área desejada, soltando para finalizar a marcação
  5. Em “projection option”, escolha “type -> Mercator”
  6. Ajuste a posição do centro para um ponto específico, aproveitando para personalizar as variáveis “centerpoint lon” e “centerpoint lat”, copiando os mesmos valores para “standard lon” e “true lat1” (manter “true lat 2” = 0); guarde esses valores para montar o arquivo namelists.wps!
  7. Clique em “update map” e aguarde para gerar um “zoom” sobre a região
  8. Para fazer uma grade de 15 km, altere a variável “grid points distance (km)” para 15, de modo que as outras variáveis de “grid options” (“horizontal dimensions” X e Y) são automaticamente calculadas quando você readequar o retângulo do mapa com o mouse (dica: reduza a área do retângulo diretamente no mapa antes, para os contronos não saírem do zoom); altere a “geographic data resolution” se for o caso (guarde esse valor para montar o arquivo namelists.wps)
  9. (opcional, caso faça um subdomínio) Para criar um subdomínio (grade aninhada ou “nest”), clique na aba “nests” e então em “new”; altere a “data geographical resolution” se for o caso; no mapa, clique no centro e arraste para soltar em uma nova posição e refaça o traçado para cobrir a área de interesse; altere a “geographic data resolution” se for o caso (guarde esse valor para montar o arquivo namelists.wps)
  10. Clique em “next” e “yes” (se pedir para refazer o arquivo “namelist”); a aba “text editor” contém o arquivo “namelist.input” para você usar no WRF

Montar dois ou mais domínios (ou grades aninhadas, do inglês “nested”) permite aumentar a resolução (espacial e temporal) de um sub-domínio sem a necessidade de usar uma alta resolução para toda a grade – muito caro computacionalmente. O sub-domínio sempre deve estar plenamente contido no domínio pai, sem um subdomínio sobrescrever apenas parte de outro eventual sub-domínio. É recomendada uma razão de 3:1 ou 5:1 entre os tamanhos de cada um (parent_grid_ratio).

Veja esse exemplo de saída, considerando latitude e longitude do centro do domínio 1 (área maior) como -22.070 e -48.434 (centro geométrico do estado de São Paulo) e um domínio 2 centrado na região metropolitana – a descrição das variáveis está disponível no link:

&time_control            
run_days                 = 0,
run_hours                = 12,
run_minutes              = 0,
run_seconds              = 0,
start_year               = 2000,     2000,
start_month              = 01,       01,
start_day                = 24,       24,
start_hour               = 12,       12,
start_minute             = 00,       00,
start_second             = 00,       00,
end_year                 = 2000,     2000,
end_month                = 01,       01,
end_day                  = 25,       25,
end_hour                 = 12,       12,
end_minute               = 00,       00,
end_second               = 00,       00,
interval_seconds         = 21600,
input_from_file          = .true.,  .true.,
history_interval         = 60,       60,
frames_per_outfile       = 1,        1,
restart                  = .false.,
restart_interval         = 5000,
io_form_history          = 2,
io_form_restart          = 2,
io_form_input            = 2,
io_form_boundary         = 2,
debug_level              = 0,
/

&domains                 
time_step                = 90,
time_step_fract_num      = 0,
time_step_fract_den      = 1,
max_dom                  = 2,
s_we                     = 1,        1,
e_we                     = 82,       28,
s_sn                     = 1,        1,
e_sn                     = 61,       22,
s_vert                   = 1,        1,
e_vert                   = 30,       30,
p_top_requested          = 5000,
num_metgrid_levels       = 32,
dx                       = 15000,     5000,
dy                       = 15000,     5000,
grid_id                  = 1,        2,
parent_id                = 1,        1,
i_parent_start           = 1,       50,
j_parent_start           = 1,       16,
parent_grid_ratio        = 1,        3,
parent_time_step_ratio   = 1,        3,
feedback                 = 1,
smooth_option            = 0,
/

&physics                 
mp_physics               = 3,        3,
ra_lw_physics            = 1,        1,
ra_sw_physics            = 1,        1,
radt                     = 30,       30,
sf_sfclay_physics        = 1,        1,
sf_surface_physics       = 2,        2,
bl_pbl_physics           = 1,        1,
bldt                     = 0,        0,
cu_physics               = 1,        1,
cudt                     = 5,        5,
isfflx                   = 1,
ifsnow                   = 0,
icloud                   = 1,
surface_input_source     = 1,
num_soil_layers          = 5,
sf_urban_physics         = 0,        0,
/

&fdda                    
/

&dynamics                
dyn_opt                  = 2,
rk_ord                   = 3,
w_damping                = 0,
diff_opt                 = 0,
km_opt                   = 1,
damp_opt                 = 0,
base_temp                = 290.,
zdamp                    = 5000.,    5000.,
dampcoef                 = 0.01,     0.01,
khdif                    = 0,        0,
kvdif                    = 0,        0,
smdiv                    = 0.1,      0.1,
emdiv                    = 0.01,     0.01,
epssm                    = 0.1,      0.1,
non_hydrostatic          = .true.,   .true.,
time_step_sound          = 4,        4,
h_mom_adv_order          = 5,        5,
v_mom_adv_order          = 3,        3,
h_sca_adv_order          = 3,        5,
v_sca_adv_order          = 2,        3,
moist_adv_opt            = 1,        1,
scalar_adv_opt           = 1,        1,
/

&bdy_control             
spec_bdy_width           = 5,
spec_zone                = 1,
relax_zone               = 4,
specified                = .true.,  .false.,
periodic_x               = .false.,  .false.,
symmetric_xs             = .false.,  .false.,
symmetric_xe             = .false.,  .false.,
open_xs                  = .false.,  .false.,
open_xe                  = .false.,  .false.,
periodic_y               = .false.,  .false.,
symmetric_ys             = .false.,  .false.,
symmetric_ye             = .false.,  .false.,
open_ys                  = .false.,  .false.,
open_ye                  = .false.,  .false.,
nested                   = .false.,   .true.,
/

&grib2                   
/

&namelist_quilt          
nio_tasks_per_group      = 0,
nio_groups               = 1,
/

A variável “frames_per_outfile” indica o número de times que devem ter cada arquivo. Usando 1, serão gerados vários arquivos; usando um número igual ou maior que o número de times total (variável “history_interval”), todos os times serão guardados em um arquivo no final do processamento.

Para a variável “time_step”, use o valor da sua resolução (em km), multiplique por 6 e tire uns 10%. Por exemplo: dx = dy = 9000, então usar 9 x 6 = 54 -10% ~ 50 segundos. Recomenda-se realizar as integrações com passo de tempo equivalente até seis vezes o valor do espaçamento de grade. Se tiver um descompasso muito grande entre essas variáveis, podem aparecer erros do tipo “points exceeded cfl=2 in domain d01 at time…”, “Flerchinger USEd in NEW version” e “Program received signal SIGSEGV: Segmentation fault – invalid memory reference”.

Basta editar algumas das variáveis de “time_control” (principalmente run_days, start_*, end_*) e o que mais for de seu interesse (por exemplo, se não usar o módulo de química, cortar as variáveis pd_* na parte “dynamics”). Aqui, também foram alteradas as variáveis “e_vert” para 30, “p_top_requested” para 5000 e “num_metgrid_levels” para 32.

Essas informações podem ser usadas para montar o arquivo “namelist.wps” de pré-processamento. Considerando o arquivo original padrão, edite as variáveis temporais (“start_date”, “end_date” e “interval_seconds”), acerte a localização do arquivo de terreno (geog_data_path), inclua o segundo domínio (max_dom = 2) e copie as variáveis em comum do “namelist.input” (de “domains” para “geogrid”).

Importante: as variáveis dx e dy (em metros) devem conter apenas os valores do domínio maior (ou seja, têm só uma “coluna”). As variáveis map_proj, ref_lat, ref_lon, truelat1, truelat2 e stand_lon devem ser preenchidas com as informações no início (passo 6), e geog_data_res deve conter os valores de resolução dos domínios preenchidos anteriormente (passos 8 e 9; por exemplo: “geog_data_res = ’10m’, ‘5m’,”).

Por fim, o arquivo “namelist.ARWpost” para o pós-processamento segue um padrão onde só é necessário editar os intervalos de tempo e nomes/locais dos arquivos de entrada e saída. Caso use 2 domínios, a variável “input_root_name” deve ter o nome “d02” para pegar a saída da grade menor. Mais informações sobre as variáveis desse arquivo estão no manual da UCAR.

Versões dos arquivos podem ser vistos no GitHub/install_wrf, disponível no link.

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