(2021/02/02發表於個人臉書)
提到GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory)，大部分人第一個想到的是他們的數值氣象模式很厲害，尤其是氣候模式。如果看氣候模式的發展史，GFDL從1950年代開始發展自己的氣候模式，直到現在，是全球唯一一個單位從頭開始且持續發展的模式。GFDL裡頭也有很多赫赫有名的科學家，如Suki Manabe, Issac Held, SJ Lin, Leo Donner等等，也有很多不是那麼有名，但也很厲害的人。
當初在申請博士班的時候，Princeton是我的首選之一，因為我對氣候模式有興趣，想去GFDL看看他們是怎麼發展模式的，為什麼他們的模式這麽厲害。博士後階段，很幸運的來到GFDL，雖然因為COVID-19疫情關係，上工一個月就轉成在家工作了，還沒認識多少人，覺得很可惜。這一年來GFDL氣候模式奮鬥也看到學到蠻多有趣的東西，記錄一下。
雖然GFDL的模式很厲害，但是全世界應該只有GFDL在用，很少聽到別的研究中心或大學用他們的模式。主因我想是模式環境設定的困難，雖然GFDL模式是open source，想下載的話就可以下載，但是要裝在不同機器上而且能跑，就是很浩大的工程了。此外，就算模式能順利安裝在機器上，該有的dataset也都有，但要調整模式的設定並不是一件簡單的事。
舉個例子。要跑GFDL的氣候模式，大概兩行指令就可以搞定了：
編譯模式：> fremake -x XML_FILE -p ncrc3.intel -t repro MODEL_NAME
跑模式：> frerun -x XML_FILE -p ncrc3.intel -t repro EXP_NAME
fremake和frerun是FMS (Flexible Modeling System, https://www.gfdl.noaa.gov/fms/) 的指令。
跑模式最重要的文件是一個xml檔案，XML_FILE。模式的版本，程式語言編譯器，模擬的解析度，模擬時間長度，物理參數法的選擇等等，都在xml檔案裡面。除此之外，模式輸出的變數和頻率，連模擬的結果放在哪邊，也是在xml檔案裡頭設定。想當然耳，這個xml檔案有上千行，閱讀起來或是修改設定都需要花時間心力。
我記得我第一次跑GFDL氣候模式，編譯完成，模擬也順利跑完了，但我根本不曉得模擬結果放在哪個資料夾，還要問人才知道，想想也是蠻好笑的。
也因為GFDL模式的使用者不多，community小，遇到問題大概只能問人，沒辦法google找答案。相比之下，之前用的NCAR CESM，使用者眾多，遇到問題去他們線上的論壇找一找，通常就可以找到解答。要是不行的話，在論壇發問NCAR的人也會很快的回答，對使用者來說相當友善。
GFDL模式跟NCAR CESM也有很大的不同。CESM裡頭物理參數法選擇相當有限，比方說深對流就只有一個Zhang-McFarlane，如果想在CESM加不同的參數法就要自己去修改程式。GFDL模式的話，裡頭物理參數法的選擇相當多，比方說邊界層就有五六個選項，對流也有五六個選項，從namelist選擇要用那個，還蠻方便的。我想這也反應了NCAR CESM和GFDL模式的目標和客群不同。CESM像是一個上市產品，是NCAR花了無數心力嘗試出來的最佳設定，主要目標是讓使用者方便使用，不用去擔心模式的設定。CESM大多數使用者也是跑模式和分析結果，只有少數會真正去改裡頭的東西。GFDL模式是研究用的模式，是拿來測試不同的東西和idea，也因為模式是一路發展下來，舊的東西雖然沒在用但還是一直保留，稱作legacy code，我蠻喜歡這個名稱。我在看模式程式碼的時候，看著不同的程式，不同的風格，可以感覺到很多人的心力在裡頭，直接面對前人留下的遺產，覺得感恩和謙卑。
要去改動歷史悠久的GFDL模式，不是件容易的事。
我的研究工作把一個EDMF (Eddy-Diffusivity Mass-Flux) scheme放進GFDL模式裡，會動到模式原有的邊界層，對流，還有最近新增的層狀雲參數法。GFDL最新版氣候模式AM4所使用的這些參數法大概是二十年前2000年左右發展的，熟悉裡頭東西的人都離開或退休了，加上documentation沒有很詳細，我光是理解這些參數法的架構，思考該怎麼把EDMF放進去，就花了很多心力。即使大概知道該怎麼下手，也要評估投下去的時間精力和回報，看可不可行，不可行的就要找替代方案。比方說JPL合作者本來建議把MF放進vertical diffusion module裡，但工程浩大且回報可能不大，我老闆就跟合作者說這個方案GFDL方面支援不足，所以不大可行。
這也讓我體會到運行一個模式中心真的很不容易。除了科學家以外，還需要很多技術人員的支援，像是去改程式，跑模擬及分析結果，實際苦幹實幹的人。這些苦幹實幹的人，通常不是世界知名的學者，但他們也是推動科學，維持模式中心運作不可或缺的角色。他們就像是幕後英雄，需要受到肯定和表揚。中研院環變中心也有在發展自己的模式 (基於NCAR CESM)，但是要長期維持的話，我覺得需要給那些技術人員更多的誘因，讓他們能繼續做這種吃力的工作。
最後做個總結。
本來就知道GFDL模式很厲害，但來到這邊工作，實際在看模式改模式的時候，才真正體會到這個模式是無數的人，數十年下來的心血結晶。GFDL開始發展模式且一路維持，是件非常了不起的成就，也是GFDL在氣象模式發展上享譽盛名，扮演舉足輕重的角色的原因之一。
提到GFDL (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory)，大部分人第一個想到的是他們的數值氣象模式很厲害，尤其是氣候模式。如果看氣候模式的發展史，GFDL從1950年代開始發展自己的氣候模式，直到現在，是全球唯一一個單位從頭開始且持續發展的模式。GFDL裡頭也有很多赫赫有名的科學家，如Suki Manabe, Issac Held, SJ Lin, Leo Donner等等，也有很多不是那麼有名，但也很厲害的人。
當初在申請博士班的時候，Princeton是我的首選之一，因為我對氣候模式有興趣，想去GFDL看看他們是怎麼發展模式的，為什麼他們的模式這麽厲害。博士後階段，很幸運的來到GFDL，雖然因為COVID-19疫情關係，上工一個月就轉成在家工作了，還沒認識多少人，覺得很可惜。這一年來GFDL氣候模式奮鬥也看到學到蠻多有趣的東西，記錄一下。
雖然GFDL的模式很厲害，但是全世界應該只有GFDL在用，很少聽到別的研究中心或大學用他們的模式。主因我想是模式環境設定的困難，雖然GFDL模式是open source，想下載的話就可以下載，但是要裝在不同機器上而且能跑，就是很浩大的工程了。此外，就算模式能順利安裝在機器上，該有的dataset也都有，但要調整模式的設定並不是一件簡單的事。
舉個例子。要跑GFDL的氣候模式，大概兩行指令就可以搞定了：
編譯模式：> fremake -x XML_FILE -p ncrc3.intel -t repro MODEL_NAME
跑模式：> frerun -x XML_FILE -p ncrc3.intel -t repro EXP_NAME
fremake和frerun是FMS (Flexible Modeling System, https://www.gfdl.noaa.gov/fms/) 的指令。
跑模式最重要的文件是一個xml檔案，XML_FILE。模式的版本，程式語言編譯器，模擬的解析度，模擬時間長度，物理參數法的選擇等等，都在xml檔案裡面。除此之外，模式輸出的變數和頻率，連模擬的結果放在哪邊，也是在xml檔案裡頭設定。想當然耳，這個xml檔案有上千行，閱讀起來或是修改設定都需要花時間心力。
我記得我第一次跑GFDL氣候模式，編譯完成，模擬也順利跑完了，但我根本不曉得模擬結果放在哪個資料夾，還要問人才知道，想想也是蠻好笑的。
也因為GFDL模式的使用者不多，community小，遇到問題大概只能問人，沒辦法google找答案。相比之下，之前用的NCAR CESM，使用者眾多，遇到問題去他們線上的論壇找一找，通常就可以找到解答。要是不行的話，在論壇發問NCAR的人也會很快的回答，對使用者來說相當友善。
GFDL模式跟NCAR CESM也有很大的不同。CESM裡頭物理參數法選擇相當有限，比方說深對流就只有一個Zhang-McFarlane，如果想在CESM加不同的參數法就要自己去修改程式。GFDL模式的話，裡頭物理參數法的選擇相當多，比方說邊界層就有五六個選項，對流也有五六個選項，從namelist選擇要用那個，還蠻方便的。我想這也反應了NCAR CESM和GFDL模式的目標和客群不同。CESM像是一個上市產品，是NCAR花了無數心力嘗試出來的最佳設定，主要目標是讓使用者方便使用，不用去擔心模式的設定。CESM大多數使用者也是跑模式和分析結果，只有少數會真正去改裡頭的東西。GFDL模式是研究用的模式，是拿來測試不同的東西和idea，也因為模式是一路發展下來，舊的東西雖然沒在用但還是一直保留，稱作legacy code，我蠻喜歡這個名稱。我在看模式程式碼的時候，看著不同的程式，不同的風格，可以感覺到很多人的心力在裡頭，直接面對前人留下的遺產，覺得感恩和謙卑。
要去改動歷史悠久的GFDL模式，不是件容易的事。
我的研究工作把一個EDMF (Eddy-Diffusivity Mass-Flux) scheme放進GFDL模式裡，會動到模式原有的邊界層，對流，還有最近新增的層狀雲參數法。GFDL最新版氣候模式AM4所使用的這些參數法大概是二十年前2000年左右發展的，熟悉裡頭東西的人都離開或退休了，加上documentation沒有很詳細，我光是理解這些參數法的架構，思考該怎麼把EDMF放進去，就花了很多心力。即使大概知道該怎麼下手，也要評估投下去的時間精力和回報，看可不可行，不可行的就要找替代方案。比方說JPL合作者本來建議把MF放進vertical diffusion module裡，但工程浩大且回報可能不大，我老闆就跟合作者說這個方案GFDL方面支援不足，所以不大可行。
這也讓我體會到運行一個模式中心真的很不容易。除了科學家以外，還需要很多技術人員的支援，像是去改程式，跑模擬及分析結果，實際苦幹實幹的人。這些苦幹實幹的人，通常不是世界知名的學者，但他們也是推動科學，維持模式中心運作不可或缺的角色。他們就像是幕後英雄，需要受到肯定和表揚。中研院環變中心也有在發展自己的模式 (基於NCAR CESM)，但是要長期維持的話，我覺得需要給那些技術人員更多的誘因，讓他們能繼續做這種吃力的工作。
最後做個總結。
本來就知道GFDL模式很厲害，但來到這邊工作，實際在看模式改模式的時候，才真正體會到這個模式是無數的人，數十年下來的心血結晶。GFDL開始發展模式且一路維持，是件非常了不起的成就，也是GFDL在氣象模式發展上享譽盛名，扮演舉足輕重的角色的原因之一。