目錄
- namelist 選項：chem_opt 的選擇
- 其他化學相關的 namelist 選項
- 氣溶膠光學屬性與輸出
- 邊界與初始條件配置（氣體）
- 參考
本博客詳細介紹 WRF-Chem有關 namelist 選項。
namelist 選項：chem_opt 的選擇
chem_opt 是什么？
chem_opt是 namelist 中控制 化學機制與氣溶膠模塊 的核心參數。- 它決定了所使用的化學反應機制（如 RADM2、CBMZ、RACM）和氣溶膠模塊（如 MADE/SORGAM、MOSAIC、VBS）。
?? 使用建議：
- 紅字標注的選項表示尚未完全測試，不推薦使用。
- 建議選擇開發者常用和測試過的組合，如：
chem_opt = 2（RADM2 + MADE/SORGAM）chem_opt = 7或8（CBMZ + MOSAIC）chem_opt = 43（RACM + VBS + KPP）
chem_opt 參數選項匯總表
chem_opt | 描述 | 額外說明 |
|---|---|---|
0 | 無化學過程 | 僅氣象模擬 |
1 | RADM2 化學機制，無氣溶膠 | – |
2 | RADM2 + MADE/SORGAM 氣溶膠 | 推薦使用 |
5 | CBMZ + DMS | – |
6 | CBMZ，無 DMS | – |
7 | CBMZ + MOSAIC（4 bins） | 推薦 |
8 | CBMZ + MOSAIC（8 bins） | 推薦 |
9 | CBMZ + MOSAIC（4 bins + 液相反應） | dust_opt=2, seas_opt=2 被禁用 |
10 | CBMZ + MOSAIC（8 bins + 液相反應） | 同上 |
11 | RADM2 + MADE/SORGAM（含液相反應） | 同上 |
12 | RACM + MADE/SORGAM（含液相反應） | 同上 |
13 | 5 個示蹤物追蹤 | 建議使用 tracer_opt |
14 | 單一示蹤物追蹤 | 建議使用 tracer_opt |
15 | 20 個示蹤物 + 總體模擬 | 建議使用 tracer_opt |
16 | CO? 等溫室氣體示蹤物 | – |
17 | CO? & CH? 溫室氣體 | – |
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 + 液相反應 | – |
41 | RADM2 + SORGAM（液相反應） | 簡化液相反應 |
42 | RACM + SORGAM（含 KPP） | 簡化液相反應 |
43 | NOAA ESRL RACM + MADE/VBS，含 KPP | 推薦選擇 |
100 | RACM + MADE/VBS + VBS + 異相反應 | 含 ISORROPIA2.1 |
101 | RADM2 + KPP | 簡化液相反應 |
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 | 針對野火 PM 實現 |
106 | RADM2 + MADE/SORGAM + KPP | – |
107 | RACM + MADE/SORGAM + ESRL 化學表 | – |
108 | ESRL RACM + MADE/VBS + VBS | 推薦，含 VBS |
109 | RACM + MADE/VBS + VBS | 推薦，含 CMAQ 反應機制 |
110 | CB4 + KPP | – |
111 | MOZART Chemistry using KPP library | Rosenbrock solver，支持更大時間步長 |
112 | MOZART Chemistry + GOCART 氣溶膠（MOZCART），使用 KPP | Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4 |
114 | T1_MOZART + GOCART 氣溶膠，使用 KPP | 使用 phot_opt=3 or 4，包含簡化的異相化學 |
120 | CBMZ Chemistry using KPP | Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4 |
131 | CB05 Chemistry + MADE/SORGAM | Rosenbrock solver，支持更大時間步長 |
132 | CB05 Chemistry + MADE（sectional）+ VBS（氣溶膠有機變化） | Rosenbrock solver，支持更大時間步長 |
170 | CBMZ + MOSAIC 氣溶膠（使用 KPP） | Rosenbrock solver，支持更大時間步長 |
195 | SAPRC99 Chemistry using KPP | Rosenbrock solver |
198 | SAPRC99 + MOSAIC（4 bins）+ VBS（KPP） | Rosenbrock solver，支持更大時間步長 |
200 | NMHC99 – 不可用 | 未完成機制安裝 |
201 | MOZART + MOSAIC（4 bins + VBS），使用 KPP | Rosenbrock solver |
202 | 同上，含液相反應 | Rosenbrock solver |
203 | SAPRC99 + MOSAIC（8 bins + VBS + 液相反應） | Rosenbrock solver |
204 | 同上，僅不同編號 | Rosenbrock solver |
300 | GOCART 簡化氣溶膠方案，無臭氧 | 僅 18 個變量，可選：dmsemis_opt=1, dust_opt=1 or 3, seas_opt=1 |
301 | GOCART + RACM-KPP | 僅 18 個變量 |
303 | RADM2 + GOCART 氣溶膠 | 簡單氣溶膠處理，可選：dmsemis_opt=1, dust_opt=1, seas_opt=1 |
400 | 僅火山灰沉降與濃度 | 簡單處理，可選與上相同 |
401 | 僅塵埃濃度（10 類粒徑 bins） | 簡單處理 |
402 | 火山灰 + SO? 濃度（5 類粒徑） | 簡單處理 |
403 | 火山灰沉降（4 類粒徑） | 簡單處理 |
501 | CBMZ + CAM-MAM3（10 ash bins + SO?） | 需要 mp_phys=11（Morrison & Gettelman） |
502 | CBMZ + CAM-MAM7（3 模式氣溶膠 + 化學） | 同上 |
503 | CBMZ + CAM-MAM3_AQ（7 模式氣溶膠 + 液相化學） | 同上 |
504 | CBMZ + CAM-MAM7_AQ（3 模式氣溶膠 + 液相化學） | 同上 |
CRIMECH 系列（化學機制）
chem_opt | 描述 | 附加說明 |
|---|---|---|
600 | CRIMECH 化學機制（使用 KPP） | – |
601 | CRIMECH + MOSAIC（8 bins） | 使用 KPP |
611 | CRIMECH + MOSAIC（4 bins + 液相反應） | 使用 KPP，包含液相化學 |
推薦配置建議
| 模擬目標 | 推薦 chem_opt | 模塊說明 |
|---|---|---|
| 空氣質量（標準） | 2, 7, 8, 43, 108 | 開發者常用，功能穩定 |
| 溫室氣體追蹤 | 16, 17 | CO?, CH? 模擬 |
| 示蹤物模擬 | 13~15 | 建議使用 tracer_opt |
| 高級氣溶膠模擬 | 100, 108, 109 | 含 VBS 和異相反應，適合研究氣-氣/氣-液反應 |
| 簡化液相反應 | 42, 109 | 適合資源有限的環境 |
| 簡化快速模擬 | 300, 303（GOCART） | |
| CAM-MAM 模擬 | 501 ~ 504（需 mp_phys=11） |
- Rosenbrock solver：多數配置支持更長時間步長，適用于高分辨率或長時間模擬。
- phot_opt 設置：某些MOZART/CBMZ機制建議搭配
phot_opt=3或4。 - GOCART 模塊：變量較少（18個），適合快速測試。
- CAM-MAM 模塊：需要特定微物理方案（
mp_phys = 11）。
小提示：
- 如果你不確定使用哪一個
chem_opt，建議從2,7,8中選擇，并參考社區提供的案例。 - 記得根據選用的
chem_opt，同時設置其他相關的 namelist 參數（如aer_opt,bio_emiss_opt,gas_drydep_opt等）。
其他化學相關的 namelist 選項
這些 namelist 變量控制的是化學模塊的輸入方式、時間設置、排放層數、光解計算方式等，屬于精細化配置內容，對于確保WRF-Chem模擬的科學性和穩定性非常重要。
🔹 input_chem_inname <string>
- 定義：指定化學初始場數據文件名。
- 說明：只有在
chem_in_opt = 1時才會讀取該文件。 - 命名規則：文件名形式為：
wrf_chem_input_d<domain>，如wrf_chem_input_d01
🔹 chem_in_opt
| 值 | 意義 |
|---|---|
0 | 使用理想化（idealized）剖面初始化化學場（默認） |
1 | 從之前模擬結果中讀取化學場初始化。需要提供 input_chem_inname 文件，并通過輔助輸入端口 12 讀取 |
📌 如需使用全球模型提供的側邊界條件（lateral BCs），也需設為 1。
🔹 io_style_emissions
| 值 | 意義 |
|---|---|
0 | 不讀取任何排放數據（一般用于測試或理想化模擬） |
1 | 使用兩個 12 小時平均的排放輸入文件（常見） |
2 | 使用帶有具體時間戳的排放輸入文件（推薦用于時間分辨率較高的排放數據） |
? 建議使用
io_style_emissions = 2，可靈活讀取每小時排放數據。
🔹 chemdt
- 定義：化學過程的時間步長（單位：分鐘）
- 默認值：
1.5分鐘 - 說明：建議設置為氣象時間步長的一個子倍數，確保物理-化學耦合穩定。
🔹 bioemdt
- 定義：生物源排放更新時間間隔（單位：分鐘）
- 默認值：
30分鐘 - 說明：控制如異戊二烯、單萜類等生物排放的時間更新頻率。
🔹 kemit
- 定義：排放輸入數據中用于排放的垂直層數
- 取值范圍：
0 < kemit < e_vert（e_vert是垂直層數總數） - 說明：如
kemit = 8，表示前 8 層用于處理排放。層數應與排放數據文件一致。
🔹 kemit_aircraft
- 定義：飛機排放的垂直層數
- 默認值：
1 - 說明：
- 控制從輔助端口 14 讀取的飛行器排放在垂直層上的分布。
- 如模擬高空排放（如平流層污染），可適當增加。
🔹 photdt
- 定義：光解計算的更新時間間隔（單位：分鐘）
- 默認值：
30分鐘 - 說明：光解反應速率計算較復雜，建議不要設置太小。
🔹 phot_opt
| 值 | 光解方案 | 特點 |
|---|---|---|
0 | 無光解反應 | 禁用所有光化學反應（不常用） |
1 | Madronich photolysis (photmad) | 使用 bulk PM2.5 估算氣溶膠對紫外光的影響 |
2 | Fast-J photolysis | 快速、近似方案，計算效率高，適用于大區域模擬 |
3 | Madronich F-TUV photolysis | 更精確，適用于配合 MOSAIC 氣溶膠模塊 |
4 | TUV（全光譜）光解 | 最完整的光解方案，氣溶膠交互使用 Mie 散射計算，計算最精確但耗時最大 |
💡 建議根據所選的化學機制或
chem_opt推薦值來選擇phot_opt，例如：
- 若使用
chem_opt = 111（MOZART），建議phot_opt = 3 or 4
🔹emiss_opt — 控制人為（人為源）排放選項
該參數用于選擇 人為排放（anthropogenic emissions） 的來源和處理方式。
| 值 | 描述 | 說明 |
|---|---|---|
| 0 | 無人為排放 | 僅用于測試或理想化模擬 |
| 2 | 使用 RADM2 排放方案 | 適用于較簡單的化學機制 |
| 3 | 使用 RADM2 + MADE/SORGAM 排放方案 | 推薦用于 NEI (v03.F) 數據 |
| 4 | 使用 CBMZ/MOSAIC 排放方案 | 適用于 CBMZ 化學機制與 MOSAIC 氣溶膠模型 |
| 5 | 使用 GOCART-RACM_KPP 排放（推薦） | 與 RETRO/EDGAR 數據結合效果好 |
| 6 | 使用 GOCART 簡化排放 | 適用于快速模擬或測試 |
| 7 | 使用 MOZART 排放 | 與 MOZART 化學機制搭配 |
| 8 | MOZCART：MOZART + GOCART 氣溶膠排放 | 適用于 MOZART 機制的完整氣溶膠模擬 |
| 9 | RADM2 氣體排放轉化為 CBMZ，并使用 MAM 3-mode 氣溶膠映射 | 多機制兼容性強 |
| 10 | MOZART（氣體 + 氣溶膠）排放 | – |
| 11 | MOZCART_T1 排放 | – |
| 13 | SAPRC99 排放方案 | 與 SAPRC 化學機制搭配 |
| 14 | CB05 排放，基于 CBMZ 物種映射，用于 emiss_inpt_opt=102 | – |
| 15 | CB05 排放，基于 CB05 物種映射，用于 emiss_inpt_opt=101 | – |
| 16 | CO? 溫室氣體追蹤排放（tracer） | 溫室氣體研究 |
| 17 | 溫室氣體追蹤排放（非 CO?） | CH?、N?O 等 |
| 19 | CRIMECH 排放方案 | – |
| 20 | CRIMECH + 氣溶膠排放 | 包含附加氣溶膠物種 |
🔹emiss_opt_vol — 火山排放設置
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不包含火山排放 |
| 1 | 包含 10 類粒徑的火山灰排放 |
| 2 | 包含 SO? 和火山灰的排放（10 類粒徑） |
🔍 適合模擬火山爆發對空氣質量的影響。
🔹aircraft_emiss_opt — 飛機排放
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不包括飛機排放 |
| 1 | 包括飛機排放（通過輔助輸入端口 14） |
🔹gas_drydep_opt — 氣體干沉降控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不考慮氣體的干沉降 |
| 1 | 考慮氣體物種的干沉降 |
🔹aer_drydep_opt — 氣溶膠干沉降控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
| 0 | 不考慮氣溶膠干沉降 |
| 1 | 考慮氣溶膠干沉降 |
🔹depo_fact — 干沉降速率因子
- 默認值：
0.25 - 作用：當使用 VBS（揮發性基準集）有機氣溶膠模型時，控制有機可凝氣體的干沉降速率與硝酸（HNO?）的沉降速率的比值。
- 建議：通常使用默認值即可。
🔹bio_emiss_opt — 生物源排放設置
| 值 | 描述 | 說明 |
|---|---|---|
| 0 | 無生物排放 | 理想化或控制實驗可用 |
| 1 | 使用 Gunther 方法在線計算生物排放 | 依賴天氣變量，適合動態模擬 |
| 2 | 使用 wrfinput 文件中的參考場，并根據天氣在線調整 | 推薦使用 |
| 3 | 使用 MEGAN 模型 計算生物排放（基于天氣、土地覆蓋等） | 模擬精度高，需設置 ne_area |
| 4 | 使用 MEGAN v2.1，需 ne_area，僅與 CLM 模型配合使用 | 最先進，適用于高分辨率氣候模擬 |
| 16 | 使用 VPRM 模型提供的 CO? 生物質排放 | 需通過輔助輸入端口 15 提供外部文件 |
| 17 | 使用 VPRM 輸入 + Kaplan 濕地清單（CH?） | 同上，chem_opt=17 時使用 |
🔁 注意：
bio_emiss_opt=3/4需要額外設置ne_area變量（單位為 m2），設置方式在namelist.input中定義。
🔹ne_area MEGAN 生物源排放相關參數
| 值示例 | 說明 |
|---|---|
41 | 在使用 MEGAN 生物源排放 時，用于設置每種化學物種的最小總排放區域（單位：m2） |
| 建議值 | 設置為大于所有化學物種數量的值，推薦 > 100 |
| 注意 | 必須設置，當使用 bio_emiss_opt = 3 或 4 時生效 |
🔹emiss_inpt_opt：排放輸入數據的物種映射方式
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不讀取任何排放數據 |
1 | 針對 RADM2/SORGAM 的物種映射（推薦用于 NEI-05/EDGAR/RETRO 數據） |
3 | 用于 GOCART_SIMPLE 與 NEI-05 數據（不推薦使用） |
16 | 與 chem_opt=16 或 17 配合，僅用于被動示蹤物排放（溫室氣體） |
101 | RADM2 排放 → CBMZ/MOSAIC 映射（兩次出現，說明向量化或兼容多個模塊） |
102 | RADM2 排放 → RADM2/SORGAM 映射（含異戊二烯） |
103 | Carbon Bond 4（CB4）排放 → RADM2 數據（標準 CB4 映射） |
104 | CB4 排放 → RADM2，包含生成 SOA 物種，適用于 CAM5（MAM 3-mode） |
111 | RADM2 排放 → MOZART 框架 |
121 | CRIMECH + 氣溶膠 排放 |
🔹biomass_burn_opt：生物質燃燒排放控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不包含生物質燃燒排放 |
1 | 包含生物質燃燒排放并計算煙羽抬升 |
2 | 針對 MOZCART 的生物質燃燒排放 |
3 | 針對 MOZART |
4 | 針對 MOZART_T1 |
5 | 針對 chem_opt=17，用于 GHG 追蹤（CO?、CO、CH?） |
🔹 plumerisefire_frq
- 定義：調用煙羽抬升模塊的時間間隔（單位：秒）
- 默認值：
180秒 - 適用范圍：需搭配生物質燃燒排放選項
biomass_burn_opt > 0
🔹dust_opt：沙塵排放控制
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不包含任何 GOCART 沙塵排放 |
1 | 包含 GOCART 沙塵排放（需設置土壤侵蝕圖） |
2 | 不可用（因模式錯誤） |
3 | GOCART 沙塵排放 + AFWA 修改版 |
4 | GOCART 沙塵排放 + UOC 修改版（需設置 dust_schme） |
🔹dust_schme：沙塵排放方案選擇（依賴 dust_opt=4）
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | Shao 2001 方案 |
2 | Shao 2004 方案 |
3 | Shao 2011 方案 |
🔹dustwd_onoff：沙塵濕沉降開關
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 關閉沙塵濕沉降（默認） |
1 | 開啟 Shao 2004 沙塵濕沉降，需要 dust_opt=4 |
🔹seas_opt：海鹽排放設置
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不使用海鹽排放 |
1 | 包含 GOCART 海鹽排放 |
2 | 已禁用（存在錯誤） |
🔹dmsemis_opt：DMS 排放設置
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不包含 DMS（硫化二甲基）海洋排放 |
1 | 包含來自海洋表面的 DMS 排放。當前僅支持 GOCART 模式 |
氣溶膠光學屬性與輸出
🔹aer_op_opt：氣溶膠光學屬性計算方式
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | 基于體積近似 |
2 | 基于 Maxwell 近似 |
3 | 基于精確體積近似 |
4 | 基于精確 Maxwell 近似 |
5 | 基于精確殼層模型（shell approximation） |
🔹opt_pars_out
| 值 | 描述 |
|---|---|
0 | 不輸出光學屬性 |
1 | 將光學屬性寫入輸出文件 |
邊界與初始條件配置（氣體）
🔹gas_bc_opt：邊界條件配置
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | 使用默認邊界配置文件 |
16 | 設置 CO?, CO, CH? 追蹤邊界值（需 have_bcs_chem = .true.） |
101 | 使用 Houston TX 區域優化邊界配置文件 |
🔹gas_ic_opt：初始條件配置
| 值 | 描述 |
|---|---|
1 | 使用默認初始條件 |
16 | 設置 CO?, CH?, CO 初始濃度為常量 |
101 | 為 Houston TX 區域調整的初始條件 |
總結表格如下：
| 變量名 | 功能 | 默認值/建議值 |
|---|---|---|
input_chem_inname | 化學輸入文件名 | wrf_chem_input_d01 等 |
chem_in_opt | 是否使用化學初始場 | 0（理想化）或 1（從文件讀取） |
io_style_emissions | 排放數據讀取方式 | 2（推薦） |
chemdt | 化學時間步長（分鐘） | 1.5 |
bioemdt | 生物源更新時間步長（分鐘） | 30 |
kemit | 排放層數 | 視排放數據而定，一般為 8 |
kemit_aircraft | 飛機排放層數 | 1 |
photdt | 光解更新間隔 | 30 |
phot_opt | 光解方案選擇 | 1 ~ 4，根據 chem_opt 決定 |
emiss_opt | 人為排放機制類型 | 3, 4, 5, 8（根據 chem_opt 選擇） |
emiss_opt_vol | 火山排放控制 | 1 或 2 |
aircraft_emiss_opt | 飛機排放控制 | 1（需數據） |
gas_drydep_opt | 氣體干沉降 | 1（推薦） |
aer_drydep_opt | 氣溶膠干沉降 | 1（推薦） |
depo_fact | 干沉降因子 | 0.25（默認） |
bio_emiss_opt | 生物源排放機制 | 2, 3, 4（推薦，根據精度和數據而定） |
 視頻教程 - 微博評論數據可視化分析-點贊區間折線圖實現)
