CESM地球系统模式教程

前言

目前通用地球系统模式（Community Earth System Model，CESM）在研究地球的过去、现在和未来的气候状况中具有越来越普遍的应用。CESM由美国NCAR于2010年07月推出以来，一直受到气候学界的密切关注。近年升级的CESM2.0在大气、陆地、海洋、海冰、陆冰、径流等几大模块以及一个中央耦合器（CIME）中都有较大更新，可以在不同的硬件平台上移植使用，尤其可以用于CMIP6的研究。

CESM2.0中CIME (Common Infrastructure for Modeling the Earth)为模式配置、编译和运行提供个例控制器。CAM大气模块加入CLUBB (Cloud Layers Unified by Binormals)计算边界层湍流活动、浅对流、云微物理，CLUBB是一个诊断湿湍流方案，它能计算联合高阶次网格垂直速度，水含量、液态水和位温，也可以计算次网格垂直通量；引入提高的二阶诊断云微物理方案（MG2），可以诊断计算降水包括雨、雪和凝结云。CAM化学模块（CAM6-chem）包括对流化学方案MOZART-T1；计算二次有机气溶胶(SOA)的VBS（volatility basis set）方案中耦合了对流化学方案，并一直在持续改进，到目前的CESM2.2.0中，实现了区域加密的MUSICA-V0，并增加了能直接配置运行MOZART-TS2 化学模块以及进行nudging等的compset（配置）。WACCM6与CAM6所有的物理参数化方案都相符，并且在中层和上层大气中增加了显著的新功能。为了从火山和非火山源气体中提供平流层气溶胶的代表，WACCM6延展了Modal Aerosol Module (MAM4)功能。CLM5.0版本主要改进了土壤和植被水文过程、积雪融雪动力过程、碳氮循环和耦合模拟以及植被模拟等主要动力过程，另外，模式引进了MOSART径流模型替换了 RTM，同时引进FATES生态演替模型以改进经典的动态植被模型(DGVM)。地下层数由CLM4.5中的15层增加到了CLM5中的25层，考虑了土壤厚度的空间变量。它从0.4到8.5m之间变化。此外，在海冰、陆冰等模块中都有较大的更新。新的CLM强迫资料为全球土壤湿度计划的第三阶段(GSPW3)开发。它也是仅限于陆面模拟的LS3MIP和LUMIP默认的资料。

第一,运行前的准备

CESM 运行的系统和软件环境
CESM需要什么运行环境
CESM2.0运行环境的搭建

第二,Linux系统及编译基础

CESM 运行需要掌握的Linux及编译知识
Linux的基础
Linux编译的基础
基于Make 和CMake的编译体系

第三,CESM基础

CESM 的基本结构
CESM的几大功能模块
CESM2.0的基础知识