By NOAA / Satellite and Information Service [Public domain], via Wikimedia Commons
前言
WRF，對於天氣預報研究從業人員來說一定是一個非常熟悉的詞彙，WRF 是一個天氣數值預報（Numerical Weather Prediction, NWP）模型，大體上使用 Fortran 撰寫，因為涉及多個數值求解（例如 Runge-Kutta 法求常微分方程），費力耗時，實務上使用超級電腦運算；隨著 GPU 運算興起，WRF 也一度改寫為 CUDA 版本加速運算。
安裝前言
安裝真的非常非常的麻煩，有些東西不可以裝太新，有些東西不可以裝太舊（很生氣），看到網路上也沒什麼太多的教學，而我又常常忘記，就來寫這一篇 Guide。
此次使用的系統為 Ubuntu 16.04；CPU 為何，RAM 多少，其實都不會妨害安裝，但是會妨礙你算資料；你會發現為了預報下三個小時的資料花了半天去算，預報都不預報了，而且事後校驗還不準，真的想哭。
安裝
申請 WRF 官網的帳號
說是申請帳號，也只是讓你填填 E-mail 一些資料驗驗證，就行的
進入到 Download Page，若是新使用者，點按 New Users；若是先前已申請過，填寫先前的 E-mail 即可驗證進入到下載頁面。
下載頁面
他有提到如果你是第一次使用 WRF 的使用者的話，可以看看他的線上教學（If you are a first-time WRF user, learn how to run the programs via the online tutorial.）根據官網所述，自 WRF 4.0 開始，WRF 安裝包裡面就含有 ARW、NMM、Chemistry、WRFDA 和 WRFPLUS 的原始碼了。我們這次以 WRF 4.0 為主。
官方其實有提供手把手的教學文件以及（我覺得寫的比較好的）教學文件之 2，奈何是我資質不夠還是如何，在編譯上總是會出現一些相依性等等的錯誤。
要裝什麼？
為了方便我們編譯以及環境變數的設置，我們先在這裡新建一個資料夾，名叫Build_WRF：
mkdir Build_WRF
我們這次要裝的是具備分析實際案例（Real Cases）的 WRF 程式，他比起理想化（Idealized）案例的 WRF 程式還需要一個資料前處理程式（WRF Preprocessing System, WPS），所以請確認你已經具備兩個程式而且放置在我們剛剛新建的資料夾Build_WRF裡頭：
WRFV4.0.TAR.gz
WPSV4.0.TAR.gz
接下來請將這兩個檔案解壓縮，*.tar.gz的解壓縮方法如下：
tar zxvf <your_filename>.tar.gz
理論上，解壓縮完WRFV4.0.TAR.gz與WPSV4.0.TAR.gz你會得出兩個資料夾：
WRF/
WPS/
基本上，我們其實可以進行編譯了，但是編譯之前必須要檢視系統環境是否符合 WRF 的需求，這也是我這邊常常碰壁的地方：
系統環境
我們這邊一律採用 Ubuntu 16.04 LTS 的版本
SHELL 環境
由於 WRF 編譯指令是由csh組成，若單純使用sh系列的，會導致編譯失敗；為了讓我們編譯順利方便，我們需要安裝csh，安裝及啟用方法如下：
安裝 CSH
sudo apt-get install csh
裝完就好，就可以讓 WRF 自己取用來編譯。
編譯程式
先檢查是否有以下三項編譯程式：
which gfortran
which cpp
which gcc
任何一項必須要有相對回應該程式的存放位置才算通過，回應範例如下：
~ $ which gfortran
/usr/bin/gfortran
若是返回結果如下，則表示未安裝（可能性較大）或是未設定環境變數妥當：
~ $ which gfortran
~ $
相依套件
先在我們剛剛開的資料夾Build_WRF內再開一個新資料夾名叫LIBRARIES，以備編譯時存取 Library 用：
mkdir LIBRARIES
請下載下列程式至上述資料夾，並解壓縮：
mpich-3.0.4
netcdf-4.1.3
Jasper-1.900.1
libpng-1.2.50
zlib-1.2.7
hdf5-1.8.13
下載點為：
安裝 HDF5
環境變數設置
在教學文件中，此環境變數限定使用在csh
setenv HDF5 /usr/local
若是使用sh請改為：
export HDF5=/usr/local
編譯安裝
請確認你的 hdf5 已經解壓縮完畢，並進入到 hdf5 資料夾內：
cd hdf5-1.8.13
開始進行組態（Configure）：
./configure --prefix=$HDF5 --enable-fortran --enable-fortran2003
Configure 後，若沒有錯誤，請接續：
make
Make 後，若沒有錯誤，請接續：
make install
安裝 NETCDF
環境變數設置
在教學文件中，此環境變數限定使用在csh
setenv DIR path_to_directory/Build_WRF/LIBRARIES
setenv CC gcc
setenv CXX g++
setenv FC gfortran
setenv FCFLAGS -m64
setenv F77 gfortran
setenv FFLAGS -m64
若是使用sh請改為：
export DIR=path_to_directory/Build_WRF/LIBRARIES
export CC=gcc
export CXX=g++
export FC=gfortran
export FCFLAGS=-m64
export F77=gfortran
export FFLAGS=-m64
編譯安裝
請確認你的 netcdf 已經解壓縮完畢，並進入到 netcdf 資料夾內：
cd netcdf-4.1.3
開始進行組態（Configure）：
./configure --prefix=$DIR/netcdf --disable-dap \
--disable-netcdf-4 --disable-shared
Configure 後，若沒有錯誤，請接續：
make
Make 後，若沒有錯誤，請接續：
make install
編譯後，請確認是否成功；若成功，設置環境變數（csh）：
setenv PATH $DIR/netcdf/bin:$PATH
setenv NETCDF $DIR/netcdf
bash版本環境變數：
export PATH=$DIR/netcdf/bin:$PATH
export NETCDF=$DIR/netcdf
安裝 MPICH
請確認你的 mpich 已經解壓縮完畢，並進入到 mpich 資料夾內：
cd mpich-3.0.4
開始進行組態（Configure）：
./configure --prefix=$DIR/mpich
Configure 後，若沒有錯誤，請接續：
make
Make 後，若沒有錯誤，請接續：
make install
編譯後，請確認是否成功；若成功，設置環境變數（csh）：
setenv PATH $DIR/mpich/bin:$PATH
bash版本環境變數：
export PATH=$DIR/mpich/bin:$PATH
安裝 ZLIB
環境變數設置
在教學文件中，此環境變數限定使用在csh
setenv LDFLAGS -L$DIR/grib2/lib
setenv CPPFLAGS -I$DIR/grib2/include
若是使用bash請改為：
export LDFLAGS=-L$DIR/grib2/lib
export CPPFLAGS=-I$DIR/grib2/include
編譯安裝
請確認你的 zlib 已經解壓縮完畢，並進入到 zlib 資料夾內：
cd zlib-1.2.7
開始進行組態（Configure）：
./configure --prefix=$DIR/grib2
Configure 後，若沒有錯誤，請接續：
make
Make 後，若沒有錯誤，請接續：
make install
退出該資料夾：
cd ..
安裝 LIBPNG
請確認你的 mpich 已經解壓縮完畢，並進入到 mpich 資料夾內：
cd libpng-1.2.50
開始進行組態（Configure）：
./configure --prefix=$DIR/grib2
Configure 後，若沒有錯誤，請接續：
make
Make 後，若沒有錯誤，請接續：
make install
退出該資料夾：
cd ..
安裝 JASPER
請確認你的 jasper 已經解壓縮完畢，並進入到 jasper 資料夾內：
cd jasper-1.900.1
開始進行組態（Configure）：
./configure --prefix=$DIR/grib2
Configure 後，若沒有錯誤，請接續：
make
Make 後，若沒有錯誤，請接續：
make install
退出該資料夾：
cd ..
開裝 WRF
感動的時候來了，我們即將開裝 WRF，我們先離開資料家LIBRARIES退回到資料夾Build_WRF中。
請進入到WRF資料夾：
cd WRF
由於 NETCDF 在版本 4 以上的時候就預設不支援 IO 功能，導致無法順利產出configure.wrf檔案導致接下來編譯失敗，所以請大家加上一個環境變數使其能順利產生該檔案：
setenv NETCDF_classic 1
sh版本
export NETCDF_classic=1
並執行：
./configure
若無意外，一開始我們會看到大約 75 種選項，大致分四大類：serial、smpar、dmpar、dm+sm，官網敘述如下：
serial : single processor
smpar : shared memory option (OpenMP)
dmpar : distributed memory option (MPI)
dm+sm : Distributed Memory with Shared Memory (for example, MPI across nodes with OpenMP within a node) - usually better performance is through dmpar only
在此我們是 smpar 較為妥適，再看第五個 column，列出許多編譯器的選項；在此，我們是gfortran/gcc的編譯器，所以交叉比對我們選擇33
接下來，會詢問是否要編譯nesting的選項，一共有四種：
Compile for nesting? (0=no nesting, 1=basic, 2=preset moves, 3=vortex following) [default 0]:
官網表示 1 是最為普遍的選項，而 3 主要是用來追蹤氣旋用；在此我們選擇1。
接下來我們要開始編譯了，編譯選項有這些：
em_real (3d real case)
em_quarter_ss (3d ideal case)
em_b_wave (3d ideal case)
em_les (3d ideal case)
em_heldsuarez (3d ideal case)
em_tropical_cyclone (3d ideal case)
em_hill2d_x (2d ideal case)
em_squall2d_x (2d ideal case)
em_squall2d_y (2d ideal case)
em_grav2d_x (2d ideal case)
em_seabreeze2d_x (2d ideal case)
em_scm_xy (1d ideal case)
由於我們要分析實際資料，所以我們選用em_real，所以請鍵入以下指令：
./compile em_real >& log.compile
編譯時較久，取決於你電腦的速度；編譯完後，在WRF/main資料夾下，你應該要能看到這幾個檔案：
ndown.exe
real.exe
tc.exe
wrf.exe
開裝 WPS
請進入到WPS資料夾：
cd WPS
官網建議先執行./clean指令，確保無先前編譯內容，再來執行：
./configure
會出現一堆列表，但是我們剛剛選了smpar但是這裡卻沒有類似的選項；在此，請選擇1. Linux x86_64, gfortran (serial)
請確保你不是選到NO_GRIB2後綴的選項，沒有GRIB2就是自廢武功。
按理，這樣就可以執行編譯，但是實際上因為我們這次選的是serial而非smpar會導致錯誤，所以我們必須更改configure.wps內的指令，請先打開configure.wps，在此我們使用vim的文字編輯器：
vim configure.wps
以下是指令稿的內容，請找到此片段（約略於第 52 行左右）：
WRF_LIB = -L$(WRF_DIR)/external/io_grib1 -lio_grib1 \
-L$(WRF_DIR)/external/io_grib_share -lio_grib_share \
-L$(WRF_DIR)/external/io_int -lwrfio_int \
-L$(WRF_DIR)/external/io_netcdf -lwrfio_nf \
-L$(NETCDF)/lib -lnetcdff -lnetcdf
請在-lnetcdf後方加上-lgomp，改完之後應該像這樣：
WRF_LIB = -L$(WRF_DIR)/external/io_grib1 -lio_grib1 \
-L$(WRF_DIR)/external/io_grib_share -lio_grib_share \
-L$(WRF_DIR)/external/io_int -lwrfio_int \
-L$(WRF_DIR)/external/io_netcdf -lwrfio_nf \
-L$(NETCDF)/lib -lnetcdff -lnetcdf -lgomp
存檔後離開，此舉可避免 WPS 在編譯時找不到 GOMP 的函式庫導致失敗。由於 WPS 編譯需要 WRF，故預設 WRF 應該與 WPS 在同級資料夾，請你先行確認 WPS 與 WRF 是否存在同一個、同一層的資料夾內，再接下來進行編譯：
./compile
編譯完後，在WPS資料夾下，你應該要能看到這幾個檔案：
geogrid.exe
ungrib.exe
metgrid.exe
由於這些只是 Symbolic Link 不是一個真正的程式檔案（像捷徑），請確認這些檔案大小是否為非零：
ls -ls geogrid/src/geogrid.exe
ls -ls ungrib/src/ungrib.exe
ls -ls metgrid/src/metgrid.exe
08/24 待續，遠端電腦掛掉沒辦法裝。
08/27 終於寫完，好累；會再確認一次安裝說明是不是有問題。
Some References:
编译WRF时报错ld: cannot find -lhdf5_fortran
Compiling and Testing WRF Model
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