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#topicpath
* 領域気象モデル [#t92faff1]
** WRF [#f8e57fc0]
*** WRFについての情報 [#g61fc9ab]
-- WRFとは
The &color(red){W};eather &color(red){R};esearch & &color(red){F};orecasting Model のこと。~
現在も開発が進む領域気象モデル。~
ホームページ : http://www.wrf-model.org/index.php ~
(更新 : 2013-03-25 (月) 13:56:23 )~
~
*** WRF 導入準備 [#e1642ebc]
+ 導入の前に
++ ハードウエア環境~
--- CPU~
AMD Phenom(tm) II X6 1065T Processor : 6コア, 2.90 GHz~
~
--- GPGPU~
Nvidia "Geforce GTX 660" with compute capability 3.0~
~
※ なお、GPGPU を WRF に使うことについての[[ここ>http://www.nvidia.co.jp/object/weather_jp.html]]の記述を見ると、一見、圧倒的なパフォーマンスを示しているように見える。~
しかし、よく見ると、Micro Physics のプログラムについてであり、全体のパフォーマンスは 1.25倍であるときちんと書いてある。~
現時点では、WRF 全体で速くなることはほとんどなさそうである。~
~
※ ただし、[[Smiling Life の記事>http://blog.livedoor.jp/rootan2007/archives/51411320.html]]は期待を持たせる。
~
++ ソフトウエア環境~
Debian GNU/Linux (squeeze) で、主な導入済みパッケージは次のとおり。~
| パッケージ名 | バージョン | 説明 |h
| gfortran |4:4.4.5-1| The GNU Fortran 95 compiler|
| gcc |4:4.4.5-1| The GNU C compiler|
| libnetcdf-dev |1:4.1.1-5| Development kit for NetCDF|
| libnetcdf6 |1:4.1.1-5| An interface for scientific data access to large binary data|
| csh |20070713-2| Shell with C-like syntax, standard login shell on BSD systems|
|libopenmpi-dev |1.4.2-4| high performance message passing library -- header files|
|libopenmpi1.3 |1.4.2-4| high performance message passing library -- shared library|
|openmpi-bin |1.4.2-4| high performance message passing library -- binaries|
|openmpi-checkpoint |1.4.2-4| high performance message passing library -- checkpoint support|
|openmpi-common |1.4.2-4| high performance message passing library -- common files|
~
~
++ コンパイラの選択~
~
WRF を Linux 上で動作させるとき、標準でサポートされているコンパイラは、PGI, Intel, Pathscale, gfortran である。~
このうち、無料で利用できるのは Intel と gfortran であり、さらに、「何の対価もなくプログラム開発するときだけ無償」~
とする Intel のコンパイラは使えない。そこで gfortran を使うことになる。(※ ベンチマークで比較することは、いつかやってみよう。)~
~
Open64 というコンパイラの選択肢もある。しかし、情報が極端に少ない。~
~
なお、コンパイラを変更すると、OpenMPI も同じコンパイラでコンパイルしなおす必要があるようだ。このことからしても、~
gfortran を選ぶのはそれほど悪い選択肢ではない。~
~
ここでは、gfortran と Open64 について、可能な範囲で試してみる。~
~
// 現在、Fortran は過去の言語となりつつあり、高性能なコンパイラの選択肢は限られる。まして、~
// 入手価格が低廉であるか、またはゼロであるようなコンパイラは極めて限られてくる。~
+ ソースプログラムの取得
++ ユーザー登録~
WRF は無償で手に入れることができる。しかし、ユーザー登録は必要である。~
http://www.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_source.html にアクセスしてユーザー登録をする。~
二度目からは、Returning User をクリックすれば、メールアドレスを入力するだけでダウンロードページへつながる。~
(更新 : 2013-03-25 (月) 14:11:54)~
~
++ プログラムの種類~
WRF を利用するために、ソースプログラムをダウンロードしようとすると、いくつかの種類のファイルに分かれている~
ことに気づいて戸惑う。これらのソースプログラムはそれぞれ役割がある。(更新 : 2013-03-25 (月) 14:41:27)~
--- ARW : Advanced Research WRF~
力学計算や放射計算などが組み込まれたソースプログラム。WRF の中核的なプログラム。~
~
--- WPS : WRF Preprocessor System~
現実のデータを ARW に与えるための前処理プログラム。
理想的な地形、簡単な初期条件を用いて計算する場合には不必要である。~
~
--- WRF-DA : WRF Data Assimilation~
データ同化システムのようである。詳しくはわからない。~
~
--- WRF-Chem : ~
大気中の化学物質の輸送を計算するプログラムのようである。詳しくはわからないが、現在は ARW に組み込んで使うようだ。~
~
--- Post-Processing Software : ~
WRF から出力されたものを図にするためのソフトウエア~
~
--- Utilities : ~
その他の補助的なソフトウエア~
~
++ ダウンロード~
--- 本体~
ソフトウエアの種類は上述のとおりなので、とりあえず必要なのは、ARW と Post-Processing Software である。~
とりあえずコンパイルできること、実行できることを確かめるためには、ARW だけでよい。~
http://www.mmm.ucar.edu/wrf/users/download/get_sources.html#V341 から ARW をダウンロードする。~
現時点で、Ver 3.4.1 が最新である。30MB 弱の大きさである。~
(更新 : 2013-03-25 (月) 14:41:27)~
~
--- 更新ファイル~
いくつかの必要な更新ファイルが出ている(cf. [[Known Problems>http://www.mmm.ucar.edu/wrf/users/wrfv3.4/known-prob-3.4.1.html]])。~
対策のとられた日付けが、Ver 3.4.1 のリリースの日(2012年8月16日)よりも前であっても安心してはいけない。~
それほど親切ではないので、確認しながら自分で対策をとる。具体的にはファイルをダウンロードして入れ換える。~
今回の場合( module_mp_radar.F と input_wrf.F )は、全体にあまり影響を与えないように思われるが、気持ちよくするために入れ換える。~
~
また、WRF では実行する度にソースツリーが変更される。そこで、入れ換えた状態のソースツリーを別途保存しておく。~
(更新 : 2013-03-25 (月) 14:58:36)~
~
~
*** WRF 試しの実行まで( gfortran serial で ) [#g20817e2]
++ configure~
コンパイラとして gfortran を選ぶ。また、CPU は一つのコアだけを用いるとして、serial を選択する。~
実際の入力と出力結果は次の通り。&color(red){->};は入力に関係した行であることを意味する。~
-> [localhost] ~/WRFV3 15:34:15 $ ./configure
checking for perl5... no
checking for perl... found /usr/bin/perl (perl)
** WARNING: No path to NETCDF and environment variable NETCDF not set.
** would you like me to try to fix? [y]
-> y
Enter full path to NetCDF include directory on your system
-> /usr/include
Enter full path to NetCDF library directory on your system
-> /usr/lib
...(中略)
------------------------------------------------------------------------
Please select from among the following supported platforms.
1. Linux x86_64, PGI compiler with gcc (serial)
...(中略)
23. x86_64 Linux, gfortran compiler with gcc (serial)
...(中略)
-> Enter selection [1-34] : 23
------------------------------------------------------------------------
-> Compile for nesting? (0=no nesting, 1=basic, 2=preset moves, 3=vortex following) [default 0]: 0
Configuration successful. To build the model type compile .
...(以下省略)
(更新 : 2013-03-25 (月) 15:48:29)~
~
++ compile~
具体的に実行可能プログラムを作るには、compile コマンドを実行する。
-> ./compile
すると、こんな理想化条件が実行できます、というメッセージが出てくるので、2次元の海陸風モデルを選んで実行する。
-> ./compile em_seabreeze2d_x
結構な時間をかけてコンパイルすることになる。一番最後に、コンパイルの所要時間が表示された。
build started: 2013年 3月 25日 月曜日 15:46:02 JST
build completed: 2013年 3月 25日 月曜日 15:57:42 JST
~
なお、選べるサンプルプログラムは次の通り。~
| 次元 | ケースの名称 | 設定 |h
| 1 | em_scm_xy | single column model, 4 km, full physics |
| | | |
| 2 | em_grav2d_x | gravity current, 100 m |
| 2 | em_hill2d_x | flow over a hill, 2 km |
| 2 | em_seabreeze2d_x | water and land, 2 km, 20km top, full physics |
| 2 | em_squall2d_x | squall line, 250 m |
| 2 | em_squall2d_y | transpose of above problemINITIALIZATION |
| | | |
| 3 | em_b_wave | baroclinic wave, 100 km |
| 3 | em_fire | surface fire, 50 m |
| 3 | em_heldsuarez | global case with polar filtering, 625 km |
| 3 | em_les | large eddy simulation, 100 m |
| 3 | em_quarter_ss | super cell, 2 km |
| 3 | em_tropical_cyclone | hurricane, 15 km |
~
~
++ 実行
-> cd test/em_seabreeze2d_x
-> csh ./run_me_first.csh
-> ./ideal.exe
-> time ./wrf.exe
最後に
d01 2007-06-01_17:00:00 wrf: SUCCESS COMPLETE WRF
と表示されて実行も終了。time で測った所要時間は次のとおり。
real 4m59.360s
user 4m50.266s
(更新 : 2013-03-25 (月) 16:15:02)~
~
*** WRF 試しの実行まで( gfortran dmpar で ) [#g20817e2]
++ configure~
コンパイラとして gfortran を選ぶ。また、CPU の複数コアを用いる MPI を利用するとして、dampr を選択する。~
実際の入力と出力結果(ほとんど省略)~
-> [localhost] ~/WRFV3 15:34:15 $ ./configure
...(中略)
------------------------------------------------------------------------
Please select from among the following supported platforms.
1. Linux x86_64, PGI compiler with gcc (serial)
...(中略)
25. x86_64 Linux, gfortran compiler with gcc (dmpar)
...(中略)
-> Enter selection [1-34] : 25
------------------------------------------------------------------------
...(以下省略)
~
++ compile~
2次元の海陸風モデルは、MPIに対応していない。そこで、3次元の傾圧不安定波を選んで実行する。
-> ./compile em_b_wave
結構な時間をかけてコンパイルすることになる。一番最後に、コンパイルの所要時間が表示された。
build started: 2013年 3月 25日 月曜日 17:19:28 JST
build completed: 2013年 3月 25日 月曜日 17:31:53 JST
~
++ 実行
-> cd test/em_b_wave
-> csh ./run_me_first.csh
-> mpirun -n 5 ./ideal.exe
-> time mpirun -n 5 ./wrf.exe
ログは表示されない。mpirun を使って実行するところがミソ。この場合、5個のコアを使っている。time で測った所要時間は次のとおり。
real 3m21.428s
user 16m32.850s
sys 0m2.952s
同じプログラムを serial で実行すると、dmpar では2〜3倍の速さで動いていることがわかる。
real 9m19.641s
user 9m2.306s
sys 0m14.033s
(更新 : 2013-03-25 (月) 18:37:30)~
~
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