社区地球系统模式（Community Earth System Model, CESM）是一种用于模拟地球气候和环境变化的综合性模型。它由美国国家大气研究中心（NCAR）开发，旨在帮助科学家理解气候系统的各个组成部分及其相互作用。

主要特点
1、多组件系统：
CESM包括多个相互关联的组件，如大气、海洋、陆地和冰盖。各组件可以独立运行，也可以协同工作，提供全面的气候模拟。

2、模块化设计：
每个组件都是模块化的，允许研究人员根据需要替换或升级特定的模块，以适应不同的研究需求和科学问题。

3、高分辨率模拟：
CESM能够进行高分辨率的空间和时间模拟，为气候变化的影响提供更为精确的预测。

4、耦合系统：
各组件之间通过物理和化学过程进行耦合，模拟了气候系统的复杂交互。例如，海洋温度变化会影响大气环流，而陆地植被变化又会影响碳循环。

5、多种应用：
CESM可用于气候预测、气候变化影响评估、生态系统建模等研究领域。

CESM简介

社区地球系统模式（CESM）的官方网站-CESM

CESM2 简介

Community Earth System Model 2 (CESM2) 是CESM的最新版本，代表了气候建模领域的重要进展。CESM2包括多个科学组件和基础设施方面的重大改进，使其在模拟地球系统的复杂性和精确性方面达到了新的高度。

社区地球系统模式（CESM）的官方网站-Community Earth System Model 2 (CESM2)

模型组件：

CESM2包括以下主要组件，每个组件都有独立的模块和功能：

• 大气组件： Community Atmosphere Model (CAM)
• 陆地组件： Community Land Model (CLM)
• 海洋组件： Parallel Ocean Program (POP)
• 冰川组件： Community Ice Sheet Model (CISM)
• 海冰组件： Community Sea Ice Model (CSIM)
• 河流径流组件： 模拟陆地径流的流入海洋过程
• 波浪模型组件： 描述海洋波浪动力学

此外，CESM2还包含一个用于耦合所有组件的通用基础设施模块 CIME (Common Infrastructure for Modeling the Earth)。

CESM2 相较 CESM 的改进

CESM2在科学性能和技术架构方面进行了大量改进，总结如下：

1. 科学改进

• 更高的模拟精度：
  改进了物理过程的描述，包括更先进的大气和海洋过程参数化方案。
  提升了对气溶胶、温室气体和其他化学物质的计算精度。
  增强了极地地区（如海冰、冰川）的模拟能力。

• 支持更多实验和数据分析：
  CESM2专门为CMIP6（第六次国际耦合模式比较计划）实验进行了优化，包括多种模拟实验的标准化支持。
  提供了更广泛的气候情景分析选项，如未来气候预测、极端天气模拟等。

• 改进的组件模型：
  大气模型（CAM6）： 引入了新的湍流、云和降水模拟方案。
  陆地模型（CLM5）： 增强了植被、土壤碳循环和地表能量平衡的模拟。
  海洋模型（POP2）： 提高了海洋环流和热盐输送的精度。
  冰盖模型（CISM2.1）： 提升了冰盖动态和融化过程的模拟能力。

2. 基础设施改进

• 耦合框架优化：
  使用了新的CIME基础框架，改进了组件通信的性能和稳定性。
  提供更高效的并行处理能力，支持在高性能计算平台上运行。

• 新网格配置：
  新增了多种网格分辨率，支持灵活选择以适应不同的研究需求。
  改进了网格耦合的适配性，减少了计算误差。

• 数据管理和后处理：
  增强了数据生成、存储和分析的工具支持。
  提供了并行Python工具，简化了输出数据的后处理流程。

3. 用户支持与易用性

• 文档与教程：
  提供了详细的在线文档和快速入门指南（Quickstart Guides），帮助新用户快速上手。
  包括运行CESM2、设置实验案例、进行数据后处理的分步说明。

• 社区支持：
  提供了用户支持论坛（DiscussCESM Forums），便于用户提问、交流和解决问题。
  提供了面向初学者的教程和工作坊活动。

4. 计算性能优化

• 支持多种计算平台：
  优化了在中型至大型Linux集群上的性能。
  提供了跨平台兼容性，支持NCAR的专用高性能计算机以及其他受支持的计算环境。

• 并行I/O改进：
  使用改进的并行I/O库（PIO），显著提升了数据读取和写入的效率。
  支持更大规模的数据处理（输入数据超过20TB）。

参考