İTÜ İklim Bilimi ve Meteoroloji Mühendisliği METAR ve Modelleme Takımı Sürüm 4.6.0 Atölye & Proje Notu

Adım Adım WRF & Vaka Analizleri

Bu kılavuz; Linux temellerinden başlayarak WRF çalıştırma aşamalarını ve öğrencilerin takımlar halinde yürütecekleri özelleşmiş meteorolojik simülasyon deneyimlerini içerir. Ek kaynak ve ders notları: https://web.itu.edu.tr/~toros/notlar/

Genel Akış

WRF ile bir simülasyon, iki aşamada ve beş programla yürütülür:

  1. WPS (Ön İşlem): geogrid.exe → ungrib.exe → metgrid.exe
  2. WRF (Model): real.exe → wrf.exe
  3. Sonuçların İncelenmesi: NCL, Python, Panoply vb. ile görselleştirme
⚠️ Altın Kural: Her programın çıktısı bir sonrakinin girdisidir. Bir adım hatalı veya eksik bittiyse kesinlikle sonraki programa geçmeyin.

1. Sunucuya Bağlanma

Model hesaplamaları İTÜ sunucularında gerçekleştirilir. Bağlantı ve dosya aktarımı için önerilen istemciler:

Terminal bağlantı komutları:

# İTÜ hesabına bağlanmak için
ssh kullaniciadi@ssh.itu.edu.tr

# Sunucuya doğrudan bağlanmak için
ssh hava02@<sunucu_IP_adresi>

2. Temel Linux Komutları

Dosya ve Dizin Yönetimi

Örnek takım dizini kopyalama (sudo yetkisiyle):

sudo cp -R ../hava02/WRF-4.6.0-ARW ../takim11/WRF-4.6.0-ARW
sudo chown -R takim11:takim11 WRF-4.6.0-ARW
sudo chmod -R 755 WRF-4.6.0-ARW/

Dosya İnceleme, Sistem ve Arama

3. WRF Kurulumu

Kurulum süreci Meteoroloji Y. Müh. Umur Dinç (eski takım kaptanlarımızdan) tarafından hazırlanan kurulum betiği üzerinden yürütülür:

İndirme bağlantısı: WRF 4.6.0 Install Script

# WRF (ARW çekirdeği) kurulumu için:
bash WRF4.6.0_Install.bash -arw

# WRF-Chem (Kimya modülü) kurulumu için:
bash WRF4.6.0_Install.bash -chem

4. WPS ile Girdi Verilerini Hazırlama

4.1. Hazırlık

cd WPS-4.6.0/
./temizle.eskilerwps

Çalışma alanını belirlemek için arayüz: WRFlow Aracı, Takım Kaptanımız Ahmet Mümin Üyüklü'ye teşekkür ederiz.

4.2. namelist.wps Ayarları

nano namelist.wps

Kılavuz doküman: NCAR WPS Namelist Best Practices

4.3. Küresel Verinin (GFS) İndirilmesi

# Veriyi kontrol et:
ll gfs.t18z.pgrb2.0p25.f0*

# İndirme betiğini düzenleyip çalıştır:
nano indir.grib2_18z_elle
./indir.grib2_18z_elle

4.4. geogrid.exe (Statik Coğrafi Veri)

./geogrid.exe
# Alanı görsel kontrol etmek için:
ncl wrf_wps_plot_all.ncl

# PDF çıktısını bilgisayara çekmek için (yerel terminalinizde):
scp hava02@<sunucu_IP_adresi>:/home/hava02/WPS-4.6.0/plt_geo_16lar9999.pdf /hedef/klasor/

4.5. ungrib.exe (Meteorolojik Ara Format)

./link_grib.csh gfs.t18z.pgrb2.0p25.f0*
./ungrib.exe

Vtable dosyasını GFS verisine göre ayarlamak için:

cp ungrib/Variable_Tables/Vtable.GFS Vtable

4.6. metgrid.exe (Yatay Enterpolasyon)

./metgrid.exe
# X11 destekli arayüz ile kontrol:
ncview met_em.d01.<tarih>.nc

5. WRF Modelini Çalıştırma

5.1. Çalışma Dizinine Geçme & namelist.input

cd ../WRF-4.6.0-ARW/run/
pwd
nano namelist.input

Not: Başlangıç/bitiş tarihleri ve ızgara (domain) boyutları namelist.wps ile tam uyuşmalıdır.

5.2. WPS Çıktılarını Bağlama

ln -sf ../../WPS-4.6.0/met_em.d01.2024-07-2* .

5.3. real.exe

./real.exe
tail rsl.error.0000

Başarı ibaresi:

d01 2024-07-23_12:00:00 real_em: SUCCESS COMPLETE REAL_EM INIT

5.4. wrf.exe

# 4 çekirdek ile koşturma
mpirun -np 4 ./wrf.exe

# Canlı log takibi:
tail -f rsl.error.0000

6. Sonuçların İncelenmesi

Uygulama: NCL ile Harita Çizdirme

cd ~/gorseller/
ln -sf ~/WRF-4.6.0-ARW/run/wrfout_d01_2024-07-22_18\:00\:00 wrfout.nc
nano wrf_Surface3.ncl
ncl wrf_Surface3.ncl

7. Hata Ayıklama İpuçları

Öğrenci Takımları İçin Vaka Analizleri

Öğrencilerin WRF modelinin parametrizasyon mantığını, yüzey etkileşimlerini ve sayısal dinamiklerini derinlemesine kavramaları için önerilen vaka konuları:

Vaka 1: İstanbul Boğazı Deniz Etkisi Kar Yağışı (Sea-Effect Snow - LES)

Meteorolojik Olay: Kış aylarında Karadeniz üzerinden Marmara'ya inen kutup kökenli soğuk hava kütlesinin denizden nem ve ısı alarak dar bantlar halinde yoğun kar yağışına dönüşmesi.
Modelleme Odağı: Deniz Yüzeyi Sıcaklığı (SST) güncellemesi (sst_update = 1) ile mikrofizik şemaları (Thompson vs. WSM6) kıyaslaması.
❓ Kritik Soru: Karadeniz SST verisi 1–2 °C daha sıcak veya soğuk girildiğinde kıyıdaki yağış bantlarının kalınlığı ve iç kesimlere yayılımı nasıl değişti?

Vaka 2: Yaz Konveksiyonu ve Ani Şehir Seli (Flash Flood & Derin Konveksiyon)

Meteorolojik Olay: Yaz aylarında yerel topoğrafya ve mesosferik yakınsama hatlarıyla tetiklenen şiddetli dolu ve sağanak üreten süper hücre/çoklu hücre fırtınaları.
Modelleme Odağı: İç içe grid (nesting) yaklaşımı. Dış alanda konveksiyon parametrizasyonu (Kain-Fritsch) açıkken, iç alanda (1–3 km) konvektif şemanın kapatılması (cu_physics = 0; convection-permitting).
❓ Kritik Soru: 3 km altında konveksiyonu parametrize etmek ile doğrudan çözmek arasında yağışın lokasyonu ve tepe radar yansıtırlığı (dBZ) açısından ne fark oluştu?

Vaka 3: Şehir Isı Adası (UHI) ve Arazi Kullanımı Değişimi (LULC)

Meteorolojik Olay: Sıcak hava dalgası esnasında megakentlerde gece ısısının hapsolması ve kır-şehir sıcaklık anomalisi.
Modelleme Odağı: Yüzey şemaları (Noah LSM, Noah-MP, Urban Canopy Model - UCM) karşılaştırması. geo_em dosyasında şehirdeki piksellerin yapay olarak orman/yeşil alana dönüştürülüp modelin yeniden koşturulması.
❓ Kritik Soru: Arazi örtüsü parametresi değiştirildiğinde gece 2m sıcaklığı (T2) ve gezegen sınır tabaka yüksekliği (PBL height) nasıl tepki verdi?

Vaka 4: Şiddetli Rüzgâr ve Dağ Dalgaları (Fön / Bora / Topografik Akış)

Meteorolojik Olay: Ege'de fırtına veya Toroslar/Kuzey Anadolu Dağları hattında topoğrafyayı aşan havanın oluşturduğu yerel fön rüzgârları ve dağ dalgası kırılmaları.
Modelleme Odağı: YSU ve MYJ sınır tabaka şemalarının rüzgâr profili üzerindeki farkı. Sayısal kararlılık için time_step ve w-damping ayarları.
❓ Kritik Soru: Dağ ardındaki ani rüzgâr sapmaları sınır tabaka şemasından mı yoksa dikey katman yoğunluğundan (e_vert) mı daha çok etkilendi?

Vaka 5: Kış Aylarında İnversiyon ve Hava Kirliliği Potansiyeli

Meteorolojik Olay: Çanak morfolojisine sahip vadi ve ovalarda (örneğin Bursa, Düzce, Dilovası) kuvvetli radyasyonel soğuma ile gelişen sığ sıcaklık terselmesi.
Modelleme Odağı: İlk 1 km'deki dikey eta seviyelerinin sıklaştırılması. Model çıktısı ile gerçek radyo-sonda (Skew-T/Log-P) gözleminin karşılaştırılması.
❓ Kritik Soru: Dikey çözünürlük artırılmadığında model yer seviyesindeki sığ inversiyonu yakalayabildi mi, yoksa dikey karışımı aşırı mı hesapladı?

Vaka 6: Sahra Tozu Taşınımı ve Optik Derinlik (WRF-Chem)

Meteorolojik Olay: Kuzey Afrika'dan kalkan çöl tozunun Akdeniz üzerinden Türkiye'ye taşınması.
Modelleme Odağı: GOCART toz emisyonu (chem_opt = 300) ve aerosol-radyasyon doğrudan geri beslemesi (aer_ra_feedback = 1) testi.
❓ Kritik Soru: Toz partiküllerinin kısa dalga güneş radyasyonunu zayıflatması yer seviyesi sıcaklıklarını gün ortasında kaç derece düşürdü?

Takım Çalışması ve Doğrulama Metodolojisi

Her takım seçtiği vaka üzerinde aşağıdaki 4 aşamalı bilimsel modelleme protokolünü takip eder:

Aşama Takımın Sorumluluğu Beklenen Çıktı
1. Hipotez & Tasarım Aynı hadise için takımlardan biri mikrofizik, diğeri PBL, diğeri ise yüzey şemasını değiştirerek fizik duyarlılık senaryosu kurar. Özelleştirilmiş namelist.wps ve namelist.input
2. Sayısal Koşu Takımlar sunucuda tahsis edilen çekirdeklerle simülasyonlarını tamamlar, log dosyalarını denetler. Hatasız wrfout* NetCDF çıktıları
3. Çapraz Doğrulama Model verisi MGM yer istasyonu, radar veya radyosonda verileriyle karşılaştırılır. RMSE, BIAS ve MAE istatistiksel hata analizleri
4. Tartışma & Sunum "Hangi parametrizasyon paketi bu olay için gerçeğe en yakındı ve atmosferik dinamik gerekçesi nedir?" analizi yapılır. 10 dakikalık vaka değerlendirme sunumu

Önemli Notlar

  • Çalıştığınız ilk klasörde nano BENIOKU komutuyla bir dokümantasyon dosyası açıp adımlarınızı not edin.
  • Namelist dosyalarını değiştirmeden önce mutlaka yedek alın: cp namelist.wps namelist.wps_yedekTarih
  • Sunucu disk kotaları sınırlıdır. Simülasyon bittiğinde büyük wrfout* çıktılarını kendi bilgisayarınıza aktarıp sunucuyu temiz tutun.
  • Akademik çalışmalarınızda ve yayınlarınızda İTÜ Atmosferik Modelleme Takımı'na teşekkür etmeyi unutmayın.