【CMAQ 模型第二期】运行 CMAQ 基准测试（Benchmark Case）

本博客对美国环保署（US EPA）CMAQ 官方 GitHub 文档中 基准测试教程文件（CMAQ_UG_tutorial_benchmark.md） 进行详细的分步解读与说明，适用于希望验证 CMAQ 正确安装与运行的用户。

GiHub-CMAQ Installation & Benchmarking Tutorial for CB6R5

教程目的：运行 CMAQ 基准测试（Benchmark Case）

该教程旨在帮助用户运行一个**为期两天（2-day）**的 CMAQ 模拟案例，验证其 CMAQ 安装是否成功、配置是否正确，并提供一个标准输出参考。

教程结构及详解

步骤	内容
Step 1	下载并解压基准输入包
Step 2	设置环境变量和路径
Step 3	构建 CMAQ 可执行文件
Step 4	配置运行脚本
Step 5	启动模拟运行
Step 6	检查输出文件
Step 7	对比基准结果
Step 8	故障排查与调试

Install CMAQ

git clone -b main https://github.com/USEPA/CMAQ.git CMAQ_REPO

Step 1: 获取基准测试数据

1. 下载输入数据包（通常为 .tar.gz 格式）：
   • 包含气象文件、排放文件、初始边界条件等；
   • 文件可从 EPA 官方 CMAQ 数据发布页面或 CMAS Center 获取。

cd $CMAQ_DATA
wget https://cmaq-release-benchmark-data-for-easy-download.s3.amazonaws.com/v5_5/CMAQv5.4_2018_12NE3_Benchmark_2Day_Input.tar.gz
tar -xzvf CMAQv5.4_2018_12NE3_Benchmark_2Day_Input.tar.gzmkdir ref_output
cd ref_output
wget https://cmaq-release-benchmark-data-for-easy-download.s3.amazonaws.com/v5_5/output_CCTM_v55_gcc_Bench_2018_12NE3_cb6r5_ae7_aq_m3dry.tar.gz
tar -xzvf output_CCTM_v55_gcc_Bench_2018_12NE3_cb6r5_ae7_aq_m3dry.tar.gz

2. 解压数据包至一个工作目录，如：

   tar -xzvf CMAQv5.5_Benchmark_Inputs.tar.gz
   

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Step 2: 设置环境变量和路径

1. 设置 CMAQ_HOME 环境变量（你的 CMAQ 安装主目录）：

   export CMAQ_HOME=/path/to/CMAQ
   

2. 设置 CMAQ_BLD（构建目录）、CMAQ_DATA（数据目录）等变量。

3. 加载所需的模块（例如编译器、MPI、NetCDF）：

   module load intel/19.0.5
   module load openmpi
   module load netcdf
   

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Step 3: 构建 CMAQ 可执行文件

如果尚未构建 CMAQ：

1. 进入构建目录：

   cd $CMAQ_HOME/CCTM/scripts
   

2. 编辑构建脚本 bldit_cctm.csh：

   • 指定编译器类型（如 intel 或 gnu）
   • 设置 I/O API 和 NetCDF 路径

3. 运行构建脚本生成 CCTM_v55.exe：

   ./bldit_cctm.csh intel
   

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Step 4: 设置运行脚本

1. 复制并编辑运行脚本模板 run_cctm_Bench_2016_12US1.csh

2. 修改以下内容：

   • 设置运行起止时间（如 START_DATE, END_DATE）
   • 设置输入数据路径（MET_PATH, EMIS_PATH, ICON_PATH, BCON_PATH）
   • 设置输出路径（OUTDIR）
   • 设置并行计算核心数（如 nprocs）

3. 示例设置：

   setenv START_DATE 20160701
   setenv END_DATE   20160702
   setenv OUTDIR     /path/to/output
   setenv MET_PATH   /path/to/met
   

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Step 5: 执行运行脚本

运行测试：

./run_cctm_Bench_2016_12US1.csh >& cctm_benchmark.log &

• 日志文件将记录所有运行信息；
• 可使用 tail -f cctm_benchmark.log 实时查看进程。

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Step 6: 检查输出结果

1. 输出文件包括：

   • 模拟结果（如 CCTM_OUTPUT_CONC_v55_20160701.nc）
   • 日志文件（如 CTM_LOG_000.v55）

2. 可使用 ncdump 或 Python（如 xarray）查看 NetCDF 输出：

   ncdump -h CCTM_OUTPUT_CONC_v55_20160701.nc
   

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Step 7: 与基准结果对比

1. 下载官方提供的 benchmark 输出文件；
2. 使用工具对比模拟输出与基准结果（如差值百分比）：
   • 可使用 Python 脚本或 NCO 工具（如 ncdiff、ncks）；
3. 主要比较变量包括：
   • PM2.5、O₃、NOx、SO₂ 等浓度值；
   • 模拟稳定性（如无 NaN 或错误退出）。

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Step 8: 故障排查（Debugging）

如运行失败，请检查：

• 日志文件是否有 fatal error；
• 是否缺失输入文件；
• 环境变量是否正确加载；
• 编译器和库版本是否兼容；
• 并行设置是否正确（如 OpenMPI 设置）；

参考