本博客详细介绍 WRF-Chem有关 namelist 选项。

namelist 选项：chem_opt 的选择

chem_opt 是什么？

• chem_opt 是 namelist 中控制 化学机制与气溶胶模块 的核心参数。
• 它决定了所使用的化学反应机制（如 RADM2、CBMZ、RACM）和气溶胶模块（如 MADE/SORGAM、MOSAIC、VBS）。

⚠️ 使用建议：

• 红字标注的选项表示尚未完全测试，不推荐使用。
• 建议选择开发者常用和测试过的组合，如：
  • chem_opt = 2（RADM2 + MADE/SORGAM）
  • chem_opt = 7 或 8（CBMZ + MOSAIC）
  • chem_opt = 43（RACM + VBS + KPP）

chem_opt 参数选项汇总表

chem_opt	描述	额外说明
0	无化学过程	仅气象模拟
1	RADM2 化学机制，无气溶胶	–
2	RADM2 + MADE/SORGAM 气溶胶	推荐使用
5	CBMZ + DMS	–
6	CBMZ，无 DMS	–
7	CBMZ + MOSAIC（4 bins）	推荐
8	CBMZ + MOSAIC（8 bins）	推荐
9	CBMZ + MOSAIC（4 bins + 液相反应）	dust_opt=2, seas_opt=2 被禁用
10	CBMZ + MOSAIC（8 bins + 液相反应）	同上
11	RADM2 + MADE/SORGAM（含液相反应）	同上
12	RACM + MADE/SORGAM（含液相反应）	同上
13	5 个示踪物追踪	建议使用 tracer_opt
14	单一示踪物追踪	建议使用 tracer_opt
15	20 个示踪物 + 总体模拟	建议使用 tracer_opt
16	CO₂ 等温室气体示踪物	–
17	CO₂ & CH₄ 温室气体	–
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 + 液相反应	–
41	RADM2 + SORGAM（液相反应）	简化液相反应
42	RACM + SORGAM（含 KPP）	简化液相反应
43	NOAA ESRL RACM + MADE/VBS，含 KPP	推荐选择
100	RACM + MADE/VBS + VBS + 异相反应	含 ISORROPIA2.1
101	RADM2 + KPP	简化液相反应
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	针对野火 PM 实现
106	RADM2 + MADE/SORGAM + KPP	–
107	RACM + MADE/SORGAM + ESRL 化学表	–
108	ESRL RACM + MADE/VBS + VBS	推荐，含 VBS
109	RACM + MADE/VBS + VBS	推荐，含 CMAQ 反应机制
110	CB4 + KPP	–
111	MOZART Chemistry using KPP library	Rosenbrock solver，支持更大时间步长
112	MOZART Chemistry + GOCART 气溶胶（MOZCART），使用 KPP	Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4
114	T1_MOZART + GOCART 气溶胶，使用 KPP	使用 phot_opt=3 or 4，包含简化的异相化学
120	CBMZ Chemistry using KPP	Rosenbrock solver，使用 phot_opt=3 or 4
131	CB05 Chemistry + MADE/SORGAM	Rosenbrock solver，支持更大时间步长
132	CB05 Chemistry + MADE（sectional）+ VBS（气溶胶有机变化）	Rosenbrock solver，支持更大时间步长
170	CBMZ + MOSAIC 气溶胶（使用 KPP）	Rosenbrock solver，支持更大时间步长
195	SAPRC99 Chemistry using KPP	Rosenbrock solver
198	SAPRC99 + MOSAIC（4 bins）+ VBS（KPP）	Rosenbrock solver，支持更大时间步长
200	NMHC99 – 不可用	未完成机制安装
201	MOZART + MOSAIC（4 bins + VBS），使用 KPP	Rosenbrock solver
202	同上，含液相反应	Rosenbrock solver
203	SAPRC99 + MOSAIC（8 bins + VBS + 液相反应）	Rosenbrock solver
204	同上，仅不同编号	Rosenbrock solver
300	GOCART 简化气溶胶方案，无臭氧	仅 18 个变量，可选：dmsemis_opt=1, dust_opt=1 or 3, seas_opt=1
301	GOCART + RACM-KPP	仅 18 个变量
303	RADM2 + GOCART 气溶胶	简单气溶胶处理，可选：dmsemis_opt=1, dust_opt=1, seas_opt=1
400	仅火山灰沉降与浓度	简单处理，可选与上相同
401	仅尘埃浓度（10 类粒径 bins）	简单处理
402	火山灰 + SO₂ 浓度（5 类粒径）	简单处理
403	火山灰沉降（4 类粒径）	简单处理
501	CBMZ + CAM-MAM3（10 ash bins + SO₂）	需要 mp_phys=11（Morrison & Gettelman）
502	CBMZ + CAM-MAM7（3 模式气溶胶 + 化学）	同上
503	CBMZ + CAM-MAM3_AQ（7 模式气溶胶 + 液相化学）	同上
504	CBMZ + CAM-MAM7_AQ（3 模式气溶胶 + 液相化学）	同上

CRIMECH 系列（化学机制）

chem_opt	描述	附加说明
600	CRIMECH 化学机制（使用 KPP）	–
601	CRIMECH + MOSAIC（8 bins）	使用 KPP
611	CRIMECH + MOSAIC（4 bins + 液相反应）	使用 KPP，包含液相化学

推荐配置建议

模拟目标	推荐 chem_opt	模块说明
空气质量（标准）	2, 7, 8, 43, 108	开发者常用，功能稳定
温室气体追踪	16, 17	CO₂, CH₄ 模拟
示踪物模拟	13~15	建议使用 tracer_opt
高级气溶胶模拟	100, 108, 109	含 VBS 和异相反应，适合研究气-气/气-液反应
简化液相反应	42, 109	适合资源有限的环境
简化快速模拟	300, 303（GOCART）
CAM-MAM 模拟	501 ~ 504（需 mp_phys=11）

• Rosenbrock solver：多数配置支持更长时间步长，适用于高分辨率或长时间模拟。
• phot_opt 设置：某些MOZART/CBMZ机制建议搭配 phot_opt=3 或 4。
• GOCART 模块：变量较少（18个），适合快速测试。
• CAM-MAM 模块：需要特定微物理方案（mp_phys = 11）。

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小提示：

• 如果你不确定使用哪一个 chem_opt，建议从 2, 7, 8 中选择，并参考社区提供的案例。
• 记得根据选用的 chem_opt，同时设置其他相关的 namelist 参数（如 aer_opt, bio_emiss_opt, gas_drydep_opt 等）。

其他化学相关的 namelist 选项

这些 namelist 变量控制的是化学模块的输入方式、时间设置、排放层数、光解计算方式等，属于精细化配置内容，对于确保WRF-Chem模拟的科学性和稳定性非常重要。

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🔹 input_chem_inname <string>

• 定义：指定化学初始场数据文件名。
• 说明：只有在 chem_in_opt = 1 时才会读取该文件。
• 命名规则：文件名形式为：wrf_chem_input_d<domain>，如 wrf_chem_input_d01

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🔹 chem_in_opt

值	意义
0	使用理想化（idealized）剖面初始化化学场（默认）
1	从之前模拟结果中读取化学场初始化。需要提供 input_chem_inname 文件，并通过辅助输入端口 12 读取

📌 如需使用全球模型提供的侧边界条件（lateral BCs），也需设为 1。

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🔹 io_style_emissions

值	意义
0	不读取任何排放数据（一般用于测试或理想化模拟）
1	使用两个 12 小时平均的排放输入文件（常见）
2	使用带有具体时间戳的排放输入文件（推荐用于时间分辨率较高的排放数据）

✅ 建议使用 io_style_emissions = 2，可灵活读取每小时排放数据。

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🔹 chemdt

• 定义：化学过程的时间步长（单位：分钟）
• 默认值：1.5 分钟
• 说明：建议设置为气象时间步长的一个子倍数，确保物理-化学耦合稳定。

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🔹 bioemdt

• 定义：生物源排放更新时间间隔（单位：分钟）
• 默认值：30 分钟
• 说明：控制如异戊二烯、单萜类等生物排放的时间更新频率。

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🔹 kemit

• 定义：排放输入数据中用于排放的垂直层数
• 取值范围：0 < kemit < e_vert（e_vert 是垂直层数总数）
• 说明：如 kemit = 8，表示前 8 层用于处理排放。层数应与排放数据文件一致。

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🔹 kemit_aircraft

• 定义：飞机排放的垂直层数
• 默认值：1
• 说明：
• 控制从辅助端口 14 读取的飞行器排放在垂直层上的分布。
• 如模拟高空排放（如平流层污染），可适当增加。

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🔹 photdt

• 定义：光解计算的更新时间间隔（单位：分钟）
• 默认值：30 分钟
• 说明：光解反应速率计算较复杂，建议不要设置太小。

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🔹 phot_opt

值	光解方案	特点
0	无光解反应	禁用所有光化学反应（不常用）
1	Madronich photolysis (photmad)	使用 bulk PM2.5 估算气溶胶对紫外光的影响
2	Fast-J photolysis	快速、近似方案，计算效率高，适用于大区域模拟
3	Madronich F-TUV photolysis	更精确，适用于配合 MOSAIC 气溶胶模块
4	TUV（全光谱）光解	最完整的光解方案，气溶胶交互使用 Mie 散射计算，计算最精确但耗时最大

💡 建议根据所选的化学机制或 chem_opt 推荐值来选择 phot_opt，例如：

• 若使用 chem_opt = 111（MOZART），建议 phot_opt = 3 or 4

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🔹emiss_opt — 控制人为（人为源）排放选项

该参数用于选择 人为排放（anthropogenic emissions） 的来源和处理方式。

值	描述	说明
0	无人为排放	仅用于测试或理想化模拟
2	使用 RADM2 排放方案	适用于较简单的化学机制
3	使用 RADM2 + MADE/SORGAM 排放方案	推荐用于 NEI (v03.F) 数据
4	使用 CBMZ/MOSAIC 排放方案	适用于 CBMZ 化学机制与 MOSAIC 气溶胶模型
5	使用 GOCART-RACM_KPP 排放（推荐）	与 RETRO/EDGAR 数据结合效果好
6	使用 GOCART 简化排放	适用于快速模拟或测试
7	使用 MOZART 排放	与 MOZART 化学机制搭配
8	MOZCART：MOZART + GOCART 气溶胶排放	适用于 MOZART 机制的完整气溶胶模拟
9	RADM2 气体排放转化为 CBMZ，并使用 MAM 3-mode 气溶胶映射	多机制兼容性强
10	MOZART（气体 + 气溶胶）排放	–
11	MOZCART_T1 排放	–
13	SAPRC99 排放方案	与 SAPRC 化学机制搭配
14	CB05 排放，基于 CBMZ 物种映射，用于 emiss_inpt_opt=102	–
15	CB05 排放，基于 CB05 物种映射，用于 emiss_inpt_opt=101	–
16	CO₂ 温室气体追踪排放（tracer）	温室气体研究
17	温室气体追踪排放（非 CO₂）	CH₄、N₂O 等
19	CRIMECH 排放方案	–
20	CRIMECH + 气溶胶排放	包含附加气溶胶物种

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🔹emiss_opt_vol — 火山排放设置

值	描述
0	不包含火山排放
1	包含 10 类粒径的火山灰排放
2	包含 SO₂ 和火山灰的排放（10 类粒径）

🔍 适合模拟火山爆发对空气质量的影响。

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🔹aircraft_emiss_opt — 飞机排放

值	描述
0	不包括飞机排放
1	包括飞机排放（通过辅助输入端口 14）

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🔹gas_drydep_opt — 气体干沉降控制

值	描述
0	不考虑气体的干沉降
1	考虑气体物种的干沉降

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🔹aer_drydep_opt — 气溶胶干沉降控制

值	描述
0	不考虑气溶胶干沉降
1	考虑气溶胶干沉降

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🔹depo_fact — 干沉降速率因子

• 默认值：0.25
• 作用：当使用 VBS（挥发性基准集）有机气溶胶模型时，控制有机可凝气体的干沉降速率与硝酸（HNO₃）的沉降速率的比值。
• 建议：通常使用默认值即可。

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🔹bio_emiss_opt — 生物源排放设置

值	描述	说明
0	无生物排放	理想化或控制实验可用
1	使用 Gunther 方法在线计算生物排放	依赖天气变量，适合动态模拟
2	使用 wrfinput 文件中的参考场，并根据天气在线调整	推荐使用
3	使用 MEGAN 模型 计算生物排放（基于天气、土地覆盖等）	模拟精度高，需设置 ne_area
4	使用 MEGAN v2.1，需 ne_area，仅与 CLM 模型配合使用	最先进，适用于高分辨率气候模拟
16	使用 VPRM 模型提供的 CO₂ 生物质排放	需通过辅助输入端口 15 提供外部文件
17	使用 VPRM 输入 + Kaplan 湿地清单（CH₄）	同上，chem_opt=17 时使用

🔁 注意：bio_emiss_opt=3/4 需要额外设置 ne_area 变量（单位为 m²），设置方式在 namelist.input 中定义。

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🔹ne_area MEGAN 生物源排放相关参数

值示例	说明
41	在使用 MEGAN 生物源排放 时，用于设置每种化学物种的最小总排放区域（单位：m²）
建议值	设置为大于所有化学物种数量的值，推荐 > 100
注意	必须设置，当使用 bio_emiss_opt = 3 或 4 时生效

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🔹emiss_inpt_opt：排放输入数据的物种映射方式

值	描述
0	不读取任何排放数据
1	针对 RADM2/SORGAM 的物种映射（推荐用于 NEI-05/EDGAR/RETRO 数据）
3	用于 GOCART_SIMPLE 与 NEI-05 数据（不推荐使用）
16	与 chem_opt=16 或 17 配合，仅用于被动示踪物排放（温室气体）
101	RADM2 排放 → CBMZ/MOSAIC 映射（两次出现，说明向量化或兼容多个模块）
102	RADM2 排放 → RADM2/SORGAM 映射（含异戊二烯）
103	Carbon Bond 4（CB4）排放 → RADM2 数据（标准 CB4 映射）
104	CB4 排放 → RADM2，包含生成 SOA 物种，适用于 CAM5（MAM 3-mode）
111	RADM2 排放 → MOZART 框架
121	CRIMECH + 气溶胶 排放

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🔹biomass_burn_opt：生物质燃烧排放控制

值	描述
0	不包含生物质燃烧排放
1	包含生物质燃烧排放并计算烟羽抬升
2	针对 MOZCART 的生物质燃烧排放
3	针对 MOZART
4	针对 MOZART_T1
5	针对 chem_opt=17，用于 GHG 追踪（CO₂、CO、CH₄）

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🔹 plumerisefire_frq

• 定义：调用烟羽抬升模块的时间间隔（单位：秒）
• 默认值：180 秒
• 适用范围：需搭配生物质燃烧排放选项 biomass_burn_opt > 0

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🔹dust_opt：沙尘排放控制

值	描述
0	不包含任何 GOCART 沙尘排放
1	包含 GOCART 沙尘排放（需设置土壤侵蚀图）
2	不可用（因模式错误）
3	GOCART 沙尘排放 + AFWA 修改版
4	GOCART 沙尘排放 + UOC 修改版（需设置 dust_schme）

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🔹dust_schme：沙尘排放方案选择（依赖 dust_opt=4）

值	描述
1	Shao 2001 方案
2	Shao 2004 方案
3	Shao 2011 方案

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🔹dustwd_onoff：沙尘湿沉降开关

值	描述
0	关闭沙尘湿沉降（默认）
1	开启 Shao 2004 沙尘湿沉降，需要 dust_opt=4

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🔹seas_opt：海盐排放设置

值	描述
0	不使用海盐排放
1	包含 GOCART 海盐排放
2	已禁用（存在错误）

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🔹dmsemis_opt：DMS 排放设置

值	描述
0	不包含 DMS（硫化二甲基）海洋排放
1	包含来自海洋表面的 DMS 排放。当前仅支持 GOCART 模式

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气溶胶光学属性与输出

🔹aer_op_opt：气溶胶光学属性计算方式

值	描述
1	基于体积近似
2	基于 Maxwell 近似
3	基于精确体积近似
4	基于精确 Maxwell 近似
5	基于精确壳层模型（shell approximation）

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🔹opt_pars_out

值	描述
0	不输出光学属性
1	将光学属性写入输出文件

边界与初始条件配置（气体）

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🔹gas_bc_opt：边界条件配置

值	描述
1	使用默认边界配置文件
16	设置 CO₂, CO, CH₄ 追踪边界值（需 have_bcs_chem = .true.）
101	使用 Houston TX 区域优化边界配置文件

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🔹gas_ic_opt：初始条件配置

值	描述
1	使用默认初始条件
16	设置 CO₂, CH₄, CO 初始浓度为常量
101	为 Houston TX 区域调整的初始条件

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总结表格如下：

变量名	功能	默认值/建议值
input_chem_inname	化学输入文件名	wrf_chem_input_d01 等
chem_in_opt	是否使用化学初始场	0（理想化）或 1（从文件读取）
io_style_emissions	排放数据读取方式	2（推荐）
chemdt	化学时间步长（分钟）	1.5
bioemdt	生物源更新时间步长（分钟）	30
kemit	排放层数	视排放数据而定，一般为 8
kemit_aircraft	飞机排放层数	1
photdt	光解更新间隔	30
phot_opt	光解方案选择	1 ~ 4，根据 chem_opt 决定
emiss_opt	人为排放机制类型	3, 4, 5, 8（根据 chem_opt 选择）
emiss_opt_vol	火山排放控制	1 或 2
aircraft_emiss_opt	飞机排放控制	1（需数据）
gas_drydep_opt	气体干沉降	1（推荐）
aer_drydep_opt	气溶胶干沉降	1（推荐）
depo_fact	干沉降因子	0.25（默认）
bio_emiss_opt	生物源排放机制	2, 3, 4（推荐，根据精度和数据而定）

参考