【WRF-Chem第二期】WRF-Chem有关 namelist 详解
目录
- namelist 选项：chem_opt 的选择
- 其他化学相关的 namelist 选项
- 气溶胶光学属性与输出
- 边界与初始条件配置（气体）
- 参考
本博客详细介绍 WRF-Chem有关 namelist 选项。
namelist 选项：chem_opt 的选择
chem_opt 是什么？
chem_opt是 namelist 中控制 化学机制与气溶胶模块 的核心参数。- 它决定了所使用的化学反应机制（如 RADM2、CBMZ、RACM）和气溶胶模块（如 MADE/SORGAM、MOSAIC、VBS）。
⚠️ 使用建议：
- 红字标注的选项表示尚未完全测试，不推荐使用。
- 建议选择开发者常用和测试过的组合，如：
chem_opt = 2（RADM2 + MADE/SORGAM）chem_opt = 7或8（CBMZ + MOSAIC）chem_opt = 43（RACM + VBS + KPP）
chem_opt 参数选项汇总表
chem_opt | 描述 | 额外说明 |
|---|---|---|
0 | 无化学过程 | 仅气象模拟 |
1 | RADM2 化学机制，无气溶胶 | – |
2 | RADM2 + MADE/SORGAM 气溶胶 | 推荐使用 |
5 | CBMZ + DMS | – |
6 | CBMZ，无 DMS | – |
7 | CBMZ + MOSAIC（4 bins） | 推荐 |
8 | CBMZ + MOSAIC（8 bins） | 推荐 |
9 | CBMZ + MOSAIC（4 bins + 液相反应） | dust_opt=2, seas_opt=2 被禁用 |
10 | CBMZ + MOSAIC（8 bins + 液相反应） | 同上 |
11 | RADM2 + MADE/SORGAM（含液相反应） | 同上 |
12 | RACM + MADE/SORGAM（含液相反应） | 同上 |
13 | 5 个示踪物追踪 | 建议使用 tracer_opt |
14 | 单一示踪物追踪 | 建议使用 tracer_opt |
15 | 20 个示踪物 + 总体模拟 | 建议使用 tracer_opt |
16 | CO₂ 等温室气体示踪物 | – |
17 | CO₂ & CH₄ 温室气体 | – |
30 | CBMZ + MADE/SORGAM（modal） | – |
31 | CBMZ + MOSAIC（4 bins + DMS） | – |
32 | CBMZ + MOSAIC（4 bins + DMS + 液相） | – |
33 | CBMZ + MOSAIC（8 bins + DMS + 液相） | – |
34 | 同上 | – |
35 | CBMZ + MADE/SORGAM + 液相反应 | – |
41 | RADM2 + SORGAM（液相反应） | 简化液相反应 |
42 | RACM + SORGAM（含 KPP） | 简化液相反应 |
43 | NOAA ESRL RACM + MADE/VBS，含 KPP | 推荐选择 |
100 | RACM + MADE/VBS + VBS + 异相反应 | 含 ISORROPIA2.1 |
101 | RADM2 + KPP | 简化液相反应 |
102 | RACM-MIM + KPP | 使用 Rosenbrock solver |
103 | RACM + KPP | 使用 Rosenbrock solver |
104 | RACM + PM advection + KPP | 使用 Rosenbrock solver |
105 | RACM + MADE/SORGAM + KPP | 针对野火 PM 实现 |
106 | RADM2 + MADE/SORGAM + KPP | – |
107 | RACM + MADE/SORGAM + ESRL 化学表 | – |
108 | ESRL RACM + MADE/VBS + VBS | 推荐，含 VBS |
109 | RACM + MADE/VBS + VBS | 推荐，含 CMAQ 反应机制 |
110 | CB4 + KPP | – |
111 | MOZART Chemistry using KPP library | Rosenbrock solver，支持更大时间步长 |
112 | MOZART Chemistry + GOCART 气溶胶（MOZCART），使用 KPP | Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4 |
114 | T1_MOZART + GOCART 气溶胶，使用 KPP | 使用 phot_opt=3 or 4，包含简化的异相化学 |
120 | CBMZ Chemistry using KPP | Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4 |
131 | CB05 Chemistry + MADE/SORGAM | Rosenbrock solver，支持更大时间步长 |
132 | CB05 Chemistry + MADE（sectional）+ VBS（气溶胶有机变化） | Rosenbrock solver，支持更大时间步长 |
170 | CBMZ + MOSAIC 气溶胶（使用 KPP） | Rosenbrock solver，支持更大时间步长 |
195 | SAPRC99 Chemistry using KPP | Rosenbrock solver |
198 | SAPRC99 + MOSAIC（4 bins）+ VBS（KPP） | Rosenbrock solver，支持更大时间步长 |
200 | NMHC99 – 不可用 | 未完成机制安装 |
201 | MOZART + MOSAIC（4 bins + VBS），使用 KPP | Rosenbrock solver |
202 | 同上，含液相反应 | Rosenbrock solver |
203 | SAPRC99 + MOSAIC（8 bins + VBS + 液相反应） | Rosenbrock solver |
204 | 同上，仅不同编号 | Rosenbrock solver |
300 | GOCART 简化气溶胶方案，无臭氧 | 仅 18 个变量，可选：dmsemis_opt=1, dust_opt=1 or 3, seas_opt=1 |
301 | GOCART + RACM-KPP | 仅 18 个变量 |
303 | RADM2 + GOCART 气溶胶 | 简单气溶胶处理，可选：dmsemis_opt=1, dust_opt=1, seas_opt=1 |
400 | 仅火山灰沉降与浓度 | 简单处理，可选与上相同 |
401 | 仅尘埃浓度（10 类粒径 bins） | 简单处理 |
402 | 火山灰 + SO₂ 浓度（5 类粒径） | 简单处理 |
403 | 火山灰沉降（4 类粒径） | 简单处理 |
501 | CBMZ + CAM-MAM3（10 ash bins + SO₂） | 需要 mp_phys=11（Morrison & Gettelman） |
502 | CBMZ + CAM-MAM7（3 模式气溶胶 + 化学） | 同上 |
503 | CBMZ + CAM-MAM3_AQ（7 模式气溶胶 + 液相化学） | 同上 |
504 | CBMZ + CAM-MAM7_AQ（3 模式气溶胶 + 液相化学） | 同上 |
CRIMECH 系列（化学机制）
chem_opt | 描述 | 附加说明 |
|---|---|---|
600 | CRIMECH 化学机制（使用 KPP） | – |
601 | CRIMECH + MOSAIC（8 bins） | 使用 KPP |
611 | CRIMECH + MOSAIC（4 bins + 液相反应） | 使用 KPP，包含液相化学 |
推荐配置建议
| 模拟目标 | 推荐 chem_opt | 模块说明 |
|---|---|---|
| 空气质量（标准） | 2, 7, 8, 43, 108 | 开发者常用，功能稳定 |
| 温室气体追踪 | 16, 17 | CO₂, CH₄ 模拟 |
| 示踪物模拟 | 13~15 | 建议使用 tracer_opt |
| 高级气溶胶模拟 | 100, 108, 109 | 含 VBS 和异相反应，适合研究气-气/气-液反应 |
| 简化液相反应 | 42, 109 | 适合资源有限的环境 |
| 简化快速模拟 | 300, 303（GOCART） | |
| CAM-MAM 模拟 | 501 ~ 504（需 mp_phys=11） |
- Rosenbrock solver：多数配置支持更长时间步长，适用于高分辨率或长时间模拟。
- phot_opt 设置：某些MOZART/CBMZ机制建议搭配
phot_opt=3或4。 - GOCART 模块：变量较少（18个），适合快速测试。
- CAM-MAM 模块：需要特定微物理方案（
mp_phys = 11）。
小提示：
- 如果你不确定使用哪一个
chem_opt，建议从2,7,8中选择，并参考社区提供的案例。 - 记得根据选用的
chem_opt，同时设置其他相关的 namelist 参数（如aer_opt,bio_emiss_opt,gas_drydep_opt等）。
其他化学相关的 namelist 选项
这些 namelist 变量控制的是化学模块的输入方式、时间设置、排放层数、光解计算方式等，属于精细化配置内容，对于确保WRF-Chem模拟的科学性和稳定性非常重要。
🔹 input_chem_inname <string>
- 定义：指定化学初始场数据文件名。
- 说明：只有在
chem_in_opt = 1时才会读取该文件。 - 命名规则：文件名形式为：
wrf_chem_input_d<domain>，如wrf_chem_input_d01
🔹 chem_in_opt
| 值 | 意义 |
|---|---|
0 | 使用理想化（idealized）剖面初始化化学场（默认） |
1 | 从之前模拟结果中读取化学场初始化。需要提供 input_chem_inname 文件，并通过辅助输入端口 12 读取 |
📌 如需使用全球模型提供的侧边界条件（lateral BCs），也需设为 1。
🔹 io_style_emissions
| 值 | 意义 |
|---|---|
0 | 不读取任何排放数据（一般用于测试或理想化模拟） |
1 | 使用两个 12 小时平均的排放输入文件（常见） |
2 | 使用带有具体时间戳的排放输入文件（推荐用于时间分辨率较高的排放数据） |
✅ 建议使用
io_style_emissions = 2，可灵活读取每小时排放数据。
🔹 chemdt
- 定义：化学过程的时间步长（单位：分钟）
- 默认值：
1.5分钟 - 说明：建议设置为气象时间步长的一个子倍数，确保物理-化学耦合稳定。
🔹 bioemdt
- 定义：生物源排放更新时间间隔（单位：分钟）
- 默认值：
30分钟 - 说明：控制如异戊二烯、单萜类等生物排放的时间更新频率。
🔹 kemit
- 定义：排放输入数据中用于排放的垂直层数
- 取值范围：
0 < kemit < e_vert（e_vert是垂直层数总数） - 说明：如
kemit = 8，表示前 8 层用于处理排放。层数应与排放数据文件一致。
🔹 kemit_aircraft
- 定义：飞机排放的垂直层数
- 默认值：
1 - 说明：
- 控制从辅助端口 14 读取的飞行器排放在垂直层上的分布。
- 如模拟高空排放（如平流层污染），可适当增加。
🔹 photdt
- 定义：光解计算的更新时间间隔（单位：分钟）
- 默认值：
30分钟 - 说明：光解反应速率计算较复杂，建议不要设置太小。
🔹 phot_opt
| 值 | 光解方案 | 特点 |
|---|---|---|
0 | 无光解反应 | 禁用所有光化学反应（不常用） |
1 | Madronich photolysis (photmad) | 使用 bulk PM2.5 估算气溶胶对紫外光的影响 |
2 | Fast-J photolysis | 快速、近似方案，计算效率高，适用于大区域模拟 |
3 | Madronich F-TUV photolysis | 更精确，适用于配合 MOSAIC 气溶胶模块 |
4 | TUV（全光谱）光解 | 最完整的光解方案，气溶胶交互使用 Mie 散射计算，计算最精确但耗时最大 |
💡 建议根据所选的化学机制或
chem_opt推荐值来选择phot_opt，例如：
- 若使用
chem_opt = 111（MOZART），建议phot_opt = 3 or 4
🔹emiss_opt — 控制人为（人为源）排放选项
该参数用于选择 人为排放（anthropogenic emissions） 的来源和处理方式。
| 值 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|
| 0 | 无人为排放 | 仅用于测试或理想化模拟 |
| 2 | 使用 RADM2 排放方案 | 适用于较简单的化学机制 |
| 3 | 使用 RADM2 + MADE/SORGAM 排放方案 | 推荐用于 NEI (v03.F) 数据 |
| 4 | 使用 CBMZ/MOSAIC 排放方案 | 适用于 CBMZ 化学机制与 MOSAIC 气溶胶模型 |
| 5 | 使用 GOCART-RACM_KPP 排放（推荐） | 与 RETRO/EDGAR 数据结合效果好 |
| 6 | 使用 GOCART 简化排放 | 适用于快速模拟或测试 |
| 7 | 使用 MOZART 排放 | 与 MOZART 化学机制搭配 |
| 8 | MOZCART：MOZART + GOCART 气溶胶排放 | 适用于 MOZART 机制的完整气溶胶模拟 |
| 9 | RADM2 气体排放转化为 CBMZ，并使用 MAM 3-mode 气溶胶映射 | 多机制兼容性强 |
| 10 | MOZART（气体 + 气溶胶）排放 | – |
| 11 | MOZCART_T1 排放 | – |
| 13 | SAPRC99 排放方案 | 与 SAPRC 化学机制搭配 |
| 14 | CB05 排放，基于 CBMZ 物种映射，用于 emiss_inpt_opt=102 | – |
| 15 | CB05 排放，基于 CB05 物种映射，用于 emiss_inpt_opt=101 | – |
| 16 | CO₂ 温室气体追踪排放（tracer） | 温室气体研究 |
| 17 | 温室气体追踪排放（非 CO₂） | CH₄、N₂O 等 |
| 19 | CRIMECH 排放方案 | – |
| 20 | CRIMECH + 气溶胶排放 | 包含附加气溶胶物种 |
🔹emiss_opt_vol — 火山排放设置
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不包含火山排放 |
| 1 | 包含 10 类粒径的火山灰排放 |
| 2 | 包含 SO₂ 和火山灰的排放（10 类粒径） |
🔍 适合模拟火山爆发对空气质量的影响。
🔹aircraft_emiss_opt — 飞机排放
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不包括飞机排放 |
| 1 | 包括飞机排放（通过辅助输入端口 14） |
🔹gas_drydep_opt — 气体干沉降控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不考虑气体的干沉降 |
| 1 | 考虑气体物种的干沉降 |
🔹aer_drydep_opt — 气溶胶干沉降控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不考虑气溶胶干沉降 |
| 1 | 考虑气溶胶干沉降 |
🔹depo_fact — 干沉降速率因子
- 默认值：
0.25 - 作用：当使用 VBS（挥发性基准集）有机气溶胶模型时，控制有机可凝气体的干沉降速率与硝酸（HNO₃）的沉降速率的比值。
- 建议：通常使用默认值即可。
🔹bio_emiss_opt — 生物源排放设置
| 值 | 描述 | 说明 |
|---|---|---|
| 0 | 无生物排放 | 理想化或控制实验可用 |
| 1 | 使用 Gunther 方法在线计算生物排放 | 依赖天气变量，适合动态模拟 |
| 2 | 使用 wrfinput 文件中的参考场，并根据天气在线调整 | 推荐使用 |
| 3 | 使用 MEGAN 模型 计算生物排放（基于天气、土地覆盖等） | 模拟精度高，需设置 ne_area |
| 4 | 使用 MEGAN v2.1，需 ne_area，仅与 CLM 模型配合使用 | 最先进，适用于高分辨率气候模拟 |
| 16 | 使用 VPRM 模型提供的 CO₂ 生物质排放 | 需通过辅助输入端口 15 提供外部文件 |
| 17 | 使用 VPRM 输入 + Kaplan 湿地清单（CH₄） | 同上，chem_opt=17 时使用 |
🔁 注意：
bio_emiss_opt=3/4需要额外设置ne_area变量（单位为 m²），设置方式在namelist.input中定义。
🔹ne_area MEGAN 生物源排放相关参数
| 值示例 | 说明 |
|---|---|
41 | 在使用 MEGAN 生物源排放 时，用于设置每种化学物种的最小总排放区域（单位：m²） |
| 建议值 | 设置为大于所有化学物种数量的值，推荐 > 100 |
| 注意 | 必须设置，当使用 bio_emiss_opt = 3 或 4 时生效 |
🔹emiss_inpt_opt：排放输入数据的物种映射方式
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不读取任何排放数据 |
1 | 针对 RADM2/SORGAM 的物种映射（推荐用于 NEI-05/EDGAR/RETRO 数据） |
3 | 用于 GOCART_SIMPLE 与 NEI-05 数据（不推荐使用） |
16 | 与 chem_opt=16 或 17 配合，仅用于被动示踪物排放（温室气体） |
101 | RADM2 排放 → CBMZ/MOSAIC 映射（两次出现，说明向量化或兼容多个模块） |
102 | RADM2 排放 → RADM2/SORGAM 映射（含异戊二烯） |
103 | Carbon Bond 4（CB4）排放 → RADM2 数据（标准 CB4 映射） |
104 | CB4 排放 → RADM2，包含生成 SOA 物种，适用于 CAM5（MAM 3-mode） |
111 | RADM2 排放 → MOZART 框架 |
121 | CRIMECH + 气溶胶 排放 |
🔹biomass_burn_opt：生物质燃烧排放控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不包含生物质燃烧排放 |
1 | 包含生物质燃烧排放并计算烟羽抬升 |
2 | 针对 MOZCART 的生物质燃烧排放 |
3 | 针对 MOZART |
4 | 针对 MOZART_T1 |
5 | 针对 chem_opt=17，用于 GHG 追踪（CO₂、CO、CH₄） |
🔹 plumerisefire_frq
- 定义：调用烟羽抬升模块的时间间隔（单位：秒）
- 默认值：
180秒 - 适用范围：需搭配生物质燃烧排放选项
biomass_burn_opt > 0
🔹dust_opt：沙尘排放控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不包含任何 GOCART 沙尘排放 |
1 | 包含 GOCART 沙尘排放（需设置土壤侵蚀图） |
2 | 不可用（因模式错误） |
3 | GOCART 沙尘排放 + AFWA 修改版 |
4 | GOCART 沙尘排放 + UOC 修改版（需设置 dust_schme） |
🔹dust_schme：沙尘排放方案选择（依赖 dust_opt=4）
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | Shao 2001 方案 |
2 | Shao 2004 方案 |
3 | Shao 2011 方案 |
🔹dustwd_onoff：沙尘湿沉降开关
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 关闭沙尘湿沉降（默认） |
1 | 开启 Shao 2004 沙尘湿沉降，需要 dust_opt=4 |
🔹seas_opt：海盐排放设置
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不使用海盐排放 |
1 | 包含 GOCART 海盐排放 |
2 | 已禁用（存在错误） |
🔹dmsemis_opt：DMS 排放设置
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不包含 DMS（硫化二甲基）海洋排放 |
1 | 包含来自海洋表面的 DMS 排放。当前仅支持 GOCART 模式 |
气溶胶光学属性与输出
🔹aer_op_opt：气溶胶光学属性计算方式
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | 基于体积近似 |
2 | 基于 Maxwell 近似 |
3 | 基于精确体积近似 |
4 | 基于精确 Maxwell 近似 |
5 | 基于精确壳层模型（shell approximation） |
🔹opt_pars_out
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不输出光学属性 |
1 | 将光学属性写入输出文件 |
边界与初始条件配置（气体）
🔹gas_bc_opt：边界条件配置
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | 使用默认边界配置文件 |
16 | 设置 CO₂, CO, CH₄ 追踪边界值（需 have_bcs_chem = .true.） |
101 | 使用 Houston TX 区域优化边界配置文件 |
🔹gas_ic_opt：初始条件配置
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | 使用默认初始条件 |
16 | 设置 CO₂, CH₄, CO 初始浓度为常量 |
101 | 为 Houston TX 区域调整的初始条件 |
总结表格如下：
| 变量名 | 功能 | 默认值/建议值 |
|---|---|---|
input_chem_inname | 化学输入文件名 | wrf_chem_input_d01 等 |
chem_in_opt | 是否使用化学初始场 | 0（理想化）或 1（从文件读取） |
io_style_emissions | 排放数据读取方式 | 2（推荐） |
chemdt | 化学时间步长（分钟） | 1.5 |
bioemdt | 生物源更新时间步长（分钟） | 30 |
kemit | 排放层数 | 视排放数据而定，一般为 8 |
kemit_aircraft | 飞机排放层数 | 1 |
photdt | 光解更新间隔 | 30 |
phot_opt | 光解方案选择 | 1 ~ 4，根据 chem_opt 决定 |
emiss_opt | 人为排放机制类型 | 3, 4, 5, 8（根据 chem_opt 选择） |
emiss_opt_vol | 火山排放控制 | 1 或 2 |
aircraft_emiss_opt | 飞机排放控制 | 1（需数据） |
gas_drydep_opt | 气体干沉降 | 1（推荐） |
aer_drydep_opt | 气溶胶干沉降 | 1（推荐） |
depo_fact | 干沉降因子 | 0.25（默认） |
bio_emiss_opt | 生物源排放机制 | 2, 3, 4（推荐，根据精度和数据而定） |