準備工作：

1、編譯時選擇支持嵌套的選項

2、確保生成了 real.exe, wrf.exe, ndown.exe（如需單獨運行嵌套區域）
可查看wrf/run文件夾下的.exe文件內容：

ls -lh /home/directory/WRF-4.6/WRF-4.6.1/run/*.exe

對于ARW版本：輸出結果應包含：

ndown.exe
real.exe
tc.exe
wrf.exe

3、對于 real-data 模擬，需生成 met_em.d0 文件供嵌套區域使用*

對于ARW版本：（只有有一個時間段）

met_em.d01.<date>, met_em.d0*.<date>

WRF運行的基本流程

WPS預處理和WRF運行的詳細過程可參見另一博客-【WRF模擬】全過程總結：WPS預處理及WRF運行。

1、進入運行目錄

cd /home/directory/WRF-4.6/WRF-4.6.1/run

2、在wrf/run文件夾下，鏈接或復制 WPS 輸出文件

cd test/em_real
ln -sf ../../../WPS/met_em.* .

3、編輯 namelist.input

namelist.input 是關鍵：

• 嵌套運行的控制幾乎全部依賴 namelist.input
• 關鍵參數：max_dom ≥ 2
• 注意嵌套相關多列參數設置（如時間、格點數等）

4、運行 real.exe 初始化

mpirun -np N ./real.exe
mpirun -np 3 ./real.exe

N為并行進程數。

5、運行 wrf.exe 執行模擬

# 設置 堆棧大小 為 無限制，以避免分段錯誤
ulimit -s unlimited# <num_processes> 替換為希望使用的計算進程數。
mpirun -np <num_processes> ./wrf.exe# 單進程運行
mpirun -np 1 ./wrf.exe

namelist.input的詳細設置

&time_control 設置

&time_control 部分的配置內容如下：

注意：嵌套域的起止時間可以不同于父域，但必須在父域的時間范圍內！！！

參數解釋與說明：

參數	含義	示例值	說明
run_days run_hours…	模擬總時長	0天24小時	模型運行時間為 24 小時
start_year, start_month…	各嵌套域的起始時間	2000-01-24 12:00:00	每列分別對應 D01, D02, D03
end_year, end_month…	各嵌套域的結束時間	2000-01-25 12:00:00	與起始時間一致表示三層嵌套同步運行24小時
interval_seconds	WPS met_em 文件的時間間隔（秒）	21600 秒（6小時）	WRF 每 6 小時讀取一次邊界數據

1、模擬時長可通過 run_* 設置，也可通過 start_* 和 end_* 控制：兩者必須一致，否則行為不可預測。
2、interval_seconds 參數必須與 met_em 文件時間間隔一致：
常見值：21600（6小時）、10800（3小時）等。

---

&time_control 其他部分的配置如下：

&time_controlinterval_seconds     = 21600,history_interval     = 180, 60, 60,frame_per_outfile    = 1000, 1000, 1000,restart_interval     = 360,
/

參數解釋與說明：

參數	示例值	說明
interval_seconds	21600	輸入數據的時間間隔（單位：秒），通常指 met_em.d0* 文件的時間步長，21600 秒 = 6 小時
history_interval	180, 60, 60	每個 domain 輸出一次歷史文件的時間間隔（單位：分鐘） - D01 每 180 分鐘（3小時） 輸出一次 - D02 和 D03 每 60 分鐘（1小時） 輸出一次
frame_per_outfile	1000, 1000, 1000	每個輸出文件中包含的時間幀數（即多少個時間點的數據寫入一個文件） - 如果模擬時間長，會自動拆分成多個 wrfout_* 文件
restart_interval	360	每 360 分鐘（6小時） 輸出一次 wrfrst_d0* 重啟動文件（restart file） - 便于從中斷處繼續模擬

注意：
1、每個嵌套域都會生成自己的 wrfout_d0* 歷史文件（比如 wrfout_d01_…, wrfout_d02_…）
2、各嵌套層的輸出間隔可以不同，便于根據分辨率控制輸出精度與數據量（由 history_interval 控制）
3、每個域的重啟文件（wrfrst_d0*）也分別生成，可用于單獨或聯合重啟模擬（由restart_interval變量控制）
4、如果 frame_per_outfile 值較小，或模擬時間很長，會拆分出多個 wrfout 文件（例如按天或按小時）

---

3、&time_control 中關于嵌套域輸入控制的變量

&time_controlinput_from_file     = .true., .true., .true.,fine_input_stream   = 0, 2, 2,
/

🔹 input_from_file（布爾型）
作用：控制 real.exe 是否為每個嵌套域讀取 wrfinput_d0* 文件作為初始場。
對應域：

• .true.：為該域讀取 wrfinput_d0* 文件（通常由 real.exe 生成）；
• .false.：該域不讀取輸入文件，WRF 會自動從父域插值獲得初始場。

📌 在 真實資料模擬（real-data run） 中，通常都設為 .true.，這樣每個域都有自己的初始化文件。這是 真實資料模擬（real） 中的常規做法。

🔹 fine_input_stream（整數型）
作用：指定嵌套域在初始化時使用哪些輸入流（input streams）中定義的數據變量。
取值說明：

• 0：使用所有變量（默認）（fine_input_stream = 0）；
• 2：表示使用 Registry 中 io_form_2（即 I/O stream 2）中定義的變量；

這通常用于嵌套域在父域開始后延遲啟動的情況，可避免不必要變量的初始化。

&domain 嵌套結構

&domains 支持以下嵌套結構：

• 多嵌套共享一個父域 ?
  

• 多層嵌套（嵌套嵌套）?
  

• ? 不允許多父域（如 D03 同時嵌套 D01 & D02）
  

嵌套域（Nest）在父域中的起始位置定義：
i_parent_start、j_parent_start：指定嵌套域在父域中的起始位置（起始網格點），以父域的網格坐標系為參考。

紅色箭頭指向嵌套域的左下角，說明其起始位置在 父域的第 31 個網格點（I=31）。

對應在 namelist.input 的設置如下：

i_parent_start = 31,
j_parent_start = 17,

• i_parent_start=31：嵌套域在 父域的第31列網格點 開始；
• j_parent_start=17：嵌套域在 父域的第17行網格點 開始

&domain 的內容如下（參考）：

max_dom         = 3,
e_we            = 74, 112, 94,
e_sn            = 61, 97, 91,
e_vert          = 28, 28, 28,
grid_id         = 1, 2, 3,
parent_id       = 0, 1, 2,
i_parent_start  = 0, 31, 30,
j_parent_start  = 0, 17, 30,

設置項	含義	注意事項
max_dom	定義模擬的嵌套域數量	必須 ≥ 所用嵌套層數
e_we/e_sn	每個域的水平網格維度	與 WPS 完全一致
grid_id/parent_id	定義域的嵌套層級關系	編號從 1 開始，父域 ID 必須小于子域 ID
i/j_parent_start	嵌套域在父域中的起始位置	對應左下角，必須準確對齊 WPS 設置

注意：這些值必須與 WPS 中設置的嵌套起點一致，否則會報錯或嵌套錯位。

---

dx = 30000, 10000, 3333.33,
dy = 30000, 10000, 3333.33,
parent_grid_ratio = 1, 3, 3,
parent_time_step_ratio = 1, 3, 3,

參數詳解：

參數	含義	示例值
dx, dy	每個網格點的水平間距（單位：米）	D01: 30km, D02: 10km, D03: 3.33km
parent_grid_ratio	當前域相對于父域的網格間距倍率	D01:1, D02:3, D03:3（都表示 finer by 3x）
parent_time_step_ratio	當前域相對于父域的時間步長倍率	通常與 grid ratio 相同，但可以不同

注意：
1、所有 4 個變量都必須顯示設置（否則模擬會失敗）；
2、grid ratio（網格比率）必須為整數，如 3、5；
3、time step ratio（時間步長比）可與 grid ratio 不同，但通常建議一致，以保持數值穩定性；
4、網格間距單位為米，即使使用經緯度投影（lat/lon）也必須換算為米；
對于旋轉經緯度網格（rotated lat/lon），dx ≠ dy 是允許的。

---

與嵌套反饋機制相關的參數：feedback 和 smooth_option。它們控制嵌套域（Nest）與其父域（Parent Domain）之間的數據回饋與平滑處理。

&domainsfeedback      = 1,smooth_option = 0,
/

? feedback
作用：控制嵌套域（子域）是否將其模擬結果“反饋”給父域。
取值：

• 0：無反饋（稱為 一向嵌套 one-way nesting）
  ? 嵌套域不會修改父域的模擬結果；
• 1：開啟反饋（稱為 雙向嵌套 two-way nesting）
  ? 嵌套域的高分辨率結果可更新父域覆蓋區域中的值。

📌 通常推薦在研究高分辨率區域對整個區域有反饋影響時使用 feedback = 1。

? smooth_option
作用：當開啟 feedback=1 時，是否對嵌套與父域邊界區域進行平滑處理，以減少突變。
取值：

• 0：不進行平滑（默認值）；
• 1：進行一次平滑；
• 2：進行兩次平滑。

📌 平滑處理有助于防止嵌套區與父域交界處出現數值不連續，尤其在地形復雜區域。

參數	含義	常用值	建議
feedback	嵌套域是否影響父域	0 = one-way 1 = two-way	若嵌套區重要，建議設為 1
smooth_option	是否對 feedback 區域進行平滑	0, 1, 2	若反饋開啟，建議設為 1 或 2

&bdy_control 配置部分

&bdy_control 配置部分主要控制邊界條件的設置方式和邊界區域的平滑處理，對于模型穩定性和嵌套域之間的一致性非常重要。

&bdy_controlspec_bdy_width = 5,spec_zone      = 1,relax_zone     = 4,specified      = .T., .F., .F.,nested         = .F., .T., .T.,
/

參數逐項解釋：

參數	意義
spec_bdy_width	外邊界總寬度（單位：格點數），包含指定區和緩沖區。這里為 5
spec_zone	指定區（specified zone）的寬度。外部強制施加邊界值，比如來自 GFS 數據。這里為 1
relax_zone	緩沖過渡區（relaxation zone）的寬度，用于平滑地過渡到內部模擬區域。這里為 4
specified	是否為每個域施加外部邊界條件： .T. 表示施加（一般只對最外層域 d01） .F. 表示不施加（嵌套域不需要）
nested	是否為嵌套域應用父域邊界強制（嵌套邊界條件）： d01 為 .F.（無父域） d02/d03 為 .T.（從父域獲得邊界）

📌 注意事項
1、spec_zone + relax_zone = spec_bdy_width
即邊界區總寬度必須等于指定區與緩沖區之和。
2、對 ARW 模型，你可以自由設置 relax_zone 和 spec_zone 的值，但它們的總和必須等于 spec_bdy_width。
3、specified 和 nested 的布爾值列表應與你的 domain 數量一致（如 3 個域就要寫 3 個值）。

• 左圖：wrfinput_d02，為嵌套域的初始邊界輸入文件，邊界區域過渡較生硬，顏色變化突兀；
• 右圖：wrfout_d02，模擬過程中使用了邊界平滑處理，邊界（黑線標出）附近的顏色（變量值）過渡更加平滑。

📌 這說明設置合適的 relax_zone 能夠有效減少邊界處的不連續性，提高模擬穩定性和準確性。

namelist 其他注意事項

1、所有嵌套域應盡量使用相同的物理方案設置。

WRF 模擬中包括多種物理方案（如微物理、對流、邊界層、輻射等），建議所有域（d01、d02、d03…）使用相同的物理參數配置。

?? 例外：積云對流方案（cumulus scheme）
當嵌套域的分辨率非常高（通常 ≤ 3 km），對流可被顯式解析（即用顯式微物理方案模擬出來），不再需要參數化。即，對于高分辨率嵌套域（如 dx = 1 km 或 3 km），應關閉 cumulus 參數化：

cu_physics = 1, 0, 0,   ! d01 開啟積云方案，d02/d03 關閉

2、所有域應使用相同的物理過程調用頻率，如 radt, cudt 等。
參數說明：

參數	含義	單位
radt	輻射方案的調用間隔	秒
cudt	積云方案的調用間隔	秒

建議所有域統一設置這些頻率，不要因分辨率不同而設置不同值。

radt = 30, 30, 30
cudt = 5,  0,  0

3、并非所有 namelist 參數都與域（domain）相關

有些變量必須為每個 domain 單獨設置（如 dx, dy, i_parent_start），
但也有一些是全局變量（如 run_days, history_interval），不需要為每個域重復設置。

如果不確定某個參數是否與域有關，可以查閱：
?? Registry.EM
?? registry.io_boilerplate

在這些文件中查找 rconfig 或 namelist 字符串，可以判斷該變量是否支持逐域設置。例如：

rconfig "dx"  real  namelist,domain  1  "grid spacing x-direction"

表示 dx 是 namelist.input 中的、支持逐域設置的變量。

Registry.EM

Registry.EM 是 WRF 模型的核心配置注冊表，用于定義各類物理量、輸入輸出變量、namelist 參數等；其告訴 WRF 程序：

• 參數的類型（如整數、邏輯值等）；
• 參數屬于哪個 namelist 區塊；
• 是否逐域（per domain）設置；
• 默認值是多少。

示例字段如下：

rconfig integer spec_bdy_width namelist,bdy_control 1 5
rconfig logical specified namelist,bdy_control max_domains .false.

字段	含義
rconfig	表示這是一個 namelist 配置項（run-time config）
integer / logical / 浮點（real）/ 字符串（character）	參數類型（整型 / 邏輯型）
如：spec_bdy_width	參數名稱
namelist,bdy_control	參數屬于哪個 namelist 區塊（比如 &bdy_control）
1 或 max_domains	設置方式：1 表示所有域共用；max_domains 表示每個域獨立設置
默認值	比如 5, 1, 4, .false. 等

運行 ARW 嵌套

嵌套方式總結：

嵌套類型	特征
Two-way (無 nest input)	input_from_file = .false.
Two-way (有 nest input)	input_from_file = .true.
Two-way（僅靜態輸入）	fine_input_stream = 2
One-way（并行）	feedback = 0
One-way（分開運行）	使用 ndown.exe
Two-way 移動嵌套	指定或自動追蹤臺風

雙向嵌套（two-way nesting）

單向嵌套（one-way nesting）

🔁 One-way vs Two-way 嵌套對比

特性	One-way (feedback=0)	Two-way (feedback=1)
嵌套域影響父域？	? 否	? 是
邊界光滑處理？	無需	可用 smooth_option
適用場景	較獨立區域研究	局地對大尺度有反饋的研究

另：“單向嵌套”與“雙向嵌套” 的差異比較

WRF論壇-Two-way and one-way nesting runs

根據此論壇內容，設置了兩組WRF實驗，期望D01（外層域）的模擬結果在以下兩種設置下應完全相同：

• 實驗一：雙域模擬（D01+D02），設置 max_dom=2，feedback=0（即one-way nesting）
• 實驗二：單域模擬（僅D01），設置 max_dom=1

兩次實驗都使用相同的時間步長、物理參數化方案等。但結果卻發現：D01的模擬結果不一致。

對此的合理解釋為：雖然理論上 feedback=0（即關閉反饋）時，父域D01的結果應與單獨運行D01的結果一致，但實際上：

• 當設置 max_dom=2 時，WRF 仍然需要初始化和建立子域D02；
• 這個過程會引入一些數值噪聲（noise），從而對D01的數值狀態造成微小擾動；
• 即使關閉了 feedback，D01 的模擬過程還是被“打擾”了。

換句話說：
只要運行了嵌套（即使 feedback=0），D01 的結果就不會完全等同于不含嵌套的運行。

設置"純凈"的嵌套模擬

如果希望真正不受嵌套影響的 D01 結果，可以嘗試使用 ndown程序 來運行嵌套模擬。
這種方式可以先單獨運行 D01，再將其結果作為邊界條件驅動 D02，避免 D02 在運行中影響 D01。

參考

1、PPT-WRF Nesting: Set up and Run