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使用WRF的模拟结果驱动PALM

2026-01-29 notes

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数据的准备

如果要使用 WRF 的模拟结果驱动 PALM，需要将 WRF 的结果处理成 PALM 可以读取的 dynamic driver，而要生成 dynamic driver 的话，还需要使用静态地理数据先生成 static driver 才可以。

static driver 的生成

static driver 的生成需要使用 PALM 仓库内附带的工具 palm_csd (PALM 团队还有一个新的工具 palmgem 也可使用)。其中的手册写的不是特别完善，总结下来就是需要以下几类数据：

  • 地形高度
  • 建筑物高度 (以及用于区分不同建筑物的建筑物 id)
  • 道路分布和类型
  • 地表分布和类型
  • 植被分布和类型
  • 水体分布和类型

但这些数据不是必须要有的，不提供的话 PALM 会使用内部设定好的默认值。大陆想要拿到比较高精度的数据很难，可以使用 OpenStreetMap 提供的数据，但是需要自己做转换，生成 Shape 文件 (所有的几何分布都要放到一个 Shape 文件中，并且以额外的数据标记出类型) 或 TIFF 文件。并且某些数据类型还需要自己做一下映射，因为 PALM 内部支持的类型没有 OpenStreetMap 支持的那么丰富。

palm_csd 的运行需要提供一个 YAML 配置文件，具体的 key 以及其含义可以看 palm_csd 的文档，下面是我用于生成 static driver 的配置：

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input_root:
  columns:
  	# columns 用于告诉 PALM Shape 文件中哪一个数据 (key) 是哪种数据的 type (value)
    pvmt_type: pavement_type
    st_type: street_type
    vgta_type: vegetation_type
    wtr_type: water_type
  files:
    building_id: data/outputs/static_driver/buildings_id.tiff
    buildings_2d: data/outputs/static_driver/buildings_height.tiff
    zt: data/inputs/dem_32650_new.tiff
    surfaces: data/outputs/static_driver/shape_file/data.shp

settings:
  epsg: 32650
  downscaling_method: 
    categorical: nearest
    continuous: cubic
    discontinuous: cubic
    discrete: cubic
  upscaling_method:
    categorical: nearest
    continuous: cubic
    discontinuous: cubic
    discrete: cubic
  season: summer

domain_root:
  input: root
  pixel_size: 6
  dz: 3
  nx: 451
  ny: 541
  origin_x: 683414.4903300125
  origin_y: 3554370.79593777
  water_temperature:
    river: 283.15

attributes:
  author: Syize
  contact_person: Syize, [email protected]
  acronym: NJU
  comment: Created by Syize with palm_csd
  location: CN
  site: xxx
  institution: xxx
  # palm_version: 25.04

output:
  path: ./data/outputs
  file_out: filename
  version: 1

需要注意的地方有：

  • TIFF 文件和 Shape 文件的投影系与 settings 中设置的 epsg 必须一致。
  • origin_x 和 origin_y 是模拟区域的起点 (左下角) 在相应投影系中的坐标 (当然你也可以设置 origin_lon 和 origin_lat)
  • 水平分辨率由 pixel_size 决定，单位是米

此外，还应该详细的检查输出的 static driver：

  • vegetation_type，pavement_type 以及 water_type 中的无效值应被替换为 int8 类型的整型值，并且在属性 _FillValue 中记录该填充值
  • vegetation_type 或 pavement_type 不为无效值的格点必须具有有效的 soil_type。
  • 在 vegetation_type，pavement_type 或 water_type 有值的格点上，surface_fraction 的总和必须为 1。

dynamic driver 的生成

有了 static driver 后，就可以进一步生成 dynamic driver 了。需要使用的工具是 palm-meteo。

目前 palm-meteo 不支持单个包含多个时间的 wrfout 数据，需要手动切分文件，或者在 WRF 的 namelist 中设置 frames_per_outfile = 1 让 WRF 每个输出时刻单独一个文件。

palm-meteo 的运行也需要 YAML 配置文件，下面是我用于生成 dynamic driver 的配置：

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case: nju #case name (required)
 
# One or more tasks selected by the user will add required plugins and set
# necessary options. Tasks typically select input meteo and/or chemistry data
# sources.
tasks:
    - wrf         # WRF meteo inputs
 
# All paths are either absolute or relative to paths.base. They may contain
# references to entries in path_strings
paths:
    base: 'data'
 
    palm_input:
        static_driver:  'temp/nju_static_driver_root.h5'
 
    wrf:
        file_mask:      '/home/syize/Documents/docker-share/ubuntu/WRFOutputs/2025-12-01_00_to_24/wrf/wrfout_d02_*'
 
intermediate_files:
    #after a successful stage, delete the intermediate file from the previous stage
    delete_after_success: false
 
domain:
    dz: 3 #default=dx
    nz: 60 #required
    proj_palm: 'EPSG:32650'
 
simulation:
    origin_time: 2025-12-01 00:00:00.00 +0 #default: read from static driver
    timestep: 20 m
    length: 1 d

有个需要注意的地方是，一定要将 proj_palm 设置成生成 static driver 时使用的数据的投影系，否则 palm-meteo 会报错无法执行。

运行

PALM 的手册目前写的还不是很完整，有一些地方是我摸索出来的，所以做法不一定是完全准确的。

要让 PALM 使用生成的两个 driver 的话，需要在 namelist 中设置 initializing_actions = 'read_from_file'，同时关闭所有关于边界条件的手动设置的参数，例如 ug_surface，pt_surface 之类的。我不是很清楚需要设置 topography 以及如果设置了 topography = 'read_from_file' 但是不提供 _topo 文件的话 PALM 会不会使用 static driver 中的高度，不过我设置了topography = 'read_from_file' 并且没有提供 _topo 文件。

还有一个需要注意的地方是，PALM 的 namelist 中，urban_surface_parameters 的 switch_off_module 默认值是 .false.，但是如果不在 namelist 中设置这个参数，PALM 会认为找不到 urban_surface_parameters 的设置，然后报错。所以必须要在 namelist 中添加 urban_surface_parameters 的设置 (即使是空的) 来启用 urban surface model。

Author: Syize

Permalink: https://blog.syize.cn/2026/01/29/note-run-palm-with-wrf/

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updated at 2026-02-10

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