简介：Flexpart 10.4 的源码资源包（flexpart.tar.gz），面向在 Ubuntu 18.04 下开展大气粒子轨迹模拟、需要从源码编译安装模型的研究者与开发者，尤其适合有一定 Linux 基础、希望理解依赖库构建逻辑的读者。整个压缩包约 328.8 MB，共 718 个文件；除 Fortran 源代码、makefile 和 shell 编译脚本外，还包含大量 HTML 说明文档、PNG 示意图、RST/TXT 技术文档、CSV 样例数据、f90 源码、控制文件与运行日志，以及用于测试的 GRIB 气象数据文件与 Python 辅助脚本，目录层级完整，便于对照查阅。针对源码编译前最棘手的依赖准备问题，包内相关说明覆盖 libemos、HDF5、NetCDF、eccodes、grib_api、zlib、szip、jasper 等核心依赖库的作用、版本匹配与编译顺序要点，能帮助读者理清 Flexpart 在 Ubuntu 18.04 环境中的完整编译链路，也方便后续针对特定数据格式进行二次开发。已有 608 人学习，适合需要结合系统环境完成 Flexpart 安装、调试与结果验证的研究人员。
1. flexpart 是什么：一个能逆向追污染源的拉格朗日粒子扩散模型
flexpart 这个包，在我手里是当“后悔药”用的。某模拟项目X里，监测点凌晨出现一个高浓度峰值，排放源清单怎么都对不上，我把这套拉格朗日粒子扩散模型拿到 Ubuntu 上编译跑通，用反向追踪模式把 72 小时气团轨迹追回去，才定位到问题源头。它能解决的不是“风往哪吹”这种大路问题，而是更细的一层：给定浓度观测或排放假设，反推气团从哪来、向哪去、沿途经过了哪些高度层、有没有可能被抬升到边界层以上。适合做大气污染溯源、火山灰扩散、放射性物质传输评估的从业者，新手按本文也能在 Ubuntu 上把一个最小案例跑起来。全文按我实际拆包顺序展开，先讲编译，再讲配置，最后讲跑结果和踩坑。
2. 在 Ubuntu 上编译 flexpart：先把三类依赖装齐，再动 makefile
flexpart 是 Fortran 写的，整个模型本质上是一个可执行文件加一堆输入文件。编译这步卡住的人不少，原因不是源码有问题，而是依赖没备齐。我先后在几台 Ubuntu 20.04 和 22.04 上编过，结论一致：依赖装对了，make 一次过；依赖缺了，报错信息又短又玄学。
2.1 依赖选型：gfortran、NetCDF、eccodes 三件套
flexpart 的编译需要三样东西：Fortran 编译器、NetCDF 库（带 Fortran 接口）、以及读写气象 GRIB 数据的底层库。下面这个表格是我实际使用的组合，按“够用且不容易踩坑”的标准选的。
| 组件 | 选型 | 说明 |
|---|---|---|
| 编译器 | gfortran | 开源、apt 直接装，ifort 也能编但没必要 |
| NetCDF | libnetcdf-dev + libnetcdf-fortran-dev | 必须带 Fortran 头文件 netcdff.mod |
| GRIB 读取 | libeccodes-dev | 新版库，老的 grib_api 在新系统上容易编不过 |
| 辅助 | make, openblas | make 必有，openblas 可选但建议装 |
很多人在 NetCDF 上翻车：只装了 libnetcdf-dev，没装 libnetcdf-fortran-dev，结果 make 时找不到 netcdff.mod。这两个包的区别，前者是 C 接口，后者才是 Fortran 接口。flexpart 的源码里大量调用nf_open、nf_create这类函数，没有 Fortran 接口直接编译失败。
安装命令如下：
sudo apt update sudo apt install -y gfortran make \ libnetcdf-dev libnetcdf-fortran-dev \ libeccodes-dev libopenblas-dev说明一下每个包的作用：gfortran 提供编译器；libnetcdf-fortran-dev 提供 netcdff.mod 和 Fortran 链接库；libeccodes-dev 是 ECMWF 编码库的 Debian 包，flexpart 读 GRIB 气象数据时靠它解析；openblas 不是必须的，但某些版本编译时链接数学库，装上能省去报错。如果你的 Ubuntu 是 18.04，可能没有 libeccodes-dev 这个包名，需要从源码编译 eccodes，或者换用 grib_api，但我在新版本上没遇到这种情况。
2.2 编译操作：解压、改 makefile 三处变量、make
拿到 flexpart.tar.gz 后，先解压看目录结构。这一步不要跳，确认包内包含 src、tools、docs 目录，再开始改配置。
tar -xzf flexpart.tar.gz cd flexpart ls -la解压后进入源码根目录，会看到一个 makefile 或 makefile.mk。flexpart 的 makefile 逻辑很直接，顶部定义编译器、NetCDF 路径、eccodes 路径，然后按编译选项生成可执行文件。我一般只改下面这几个变量：
# 编译器 FC = gfortran # NetCDF 安装根目录 NETCDF = /usr # eccodes 安装根目录 ECCODES = /usr # 编译选项 FFLAGS = -O2 -fdefault-real-8 -ffpe-trap=invalid,zero,overflow LDFLAGS = -L$(NETCDF)/lib -lnetcdff -L$(ECCODES)/lib -leccodes这里有个关键参数：-fdefault-real-8。flexpart 的源码假设默认 real 是 8 字节，不加这个选项，所有浮点运算都会按 4 字节处理，结果会出现大量 NaN，而且很难排查。-ffpe-trap是让浮点异常直接暴露出来，编译时不加也行，运行时能帮你更快发现数据问题。
NetCDF 和 eccodes 的路径，在 Ubuntu 上一般就是/usr，因为 apt 装的库都在 /usr/lib 和 /usr/include 里。如果你是自己编译安装到 /opt/local 这类目录，要把路径改成实际的安装位置，否则链接时找不到库文件。改完之后直接 make：
make -j4-j4 是用 4 个并行任务编译，速度快一些。第一次编译如果机器配置低，建议先不加 -j，避免内存不够。编译过程会输出大量 Fortran 编译信息，看到 src/flexpart 这个可执行文件生成，就算成了。
2.3 验证编译结果：先跑一个默认用例
编译通过不代表能跑通。flexpart 编译完，我习惯先不急着配自己的数据，而是看它有没有内置测试用例。很多发行版源码树里带一个小规模示例数据，放在 tests 或 examples 目录下。
ls src/flexpart ./src/flexpart不带参数直接运行，正常情况下会读取当前目录下的 pathnames 文件。如果当前目录没有这个文件，它会报错退出，提示缺少 pathnames。这个报错其实是个好消息，说明可执行文件能正常启动、Fortran 运行时没问题。如果连这个都出不来，比如提示找不到共享库，那就是链接路径没配对，用ldd src/flexpart查一下缺哪个库。
验证完这一步，编译阶段就算结束了。接下来真正花时间的是配置运行环境。
3. 跑通第一个模拟：pathnames 与 COMMAND 的配置细节
编译只是热身，flexpart 的使用门槛主要在配置。它不像普通软件有图形界面，所有控制全靠几个文本文件。我最早接触时对着文档折腾了两天才弄清楚每个文件的职责，这里把最关键的几个讲透。
3.1 运行目录文件清单：到底需要准备哪些文件
flexpart 运行时，当前目录下必须存在一组固定文件。不同版本文件数量略有差异，以最常见的源码树为例，至少需要下面这些：
| 文件 | 作用 |
|---|---|
| pathnames | 告诉你各输入输出数据放在哪个目录 |
| COMMAND | 控制模拟主参数，如起止时间、粒子数、输出间隔 |
| OUTGRID | 定义浓度输出的网格范围与分辨率 |
| RELEASES | 定义释放源的经纬度、高度、时间窗口 |
| available | 物种与沉降参数数据库 |
注意，运行时只认当前目录下的这几个名字，所以每次做新案例，我一般复制一个干净目录，再改里面的文件，而不是直接在源码目录里跑，避免污染原始配置。常见做法是这样组织目录：
mkdir -p /data/flexpart/case1 cd /data/flexpart/case1 cp /data/flexpart/available ./available然后把 pathnames、COMMAND、OUTGRID、RELEASES 这四个文件按需求改好，再执行 flexpart。源码树里会带模板，先把模板复制过来改，比自己新建文件少踩很多格式坑。
3.2 pathnames：路径文件里每一行的含义
pathnames 是 flexpart 第一个读取的文件，它按固定行序告诉模型各数据目录在哪。格式很简单，但有一个隐蔽的坑：Fortran 读取时对行列位置敏感，路径后面不能有多余空格，目录层级也不能错。我常用的一个 pathnames 长这样：
/data/flexpart/input/met /data/flexpart/input/geo /data/flexpart/input/oh /data/flexpart/output第一行是气象数据的根目录，第二行是地理数据目录，第三行是 OH 自由基浓度场数据目录，第四行是输出目录。如果你的模拟不涉及 OH 化学，第三行可以指向一个空目录，但这一行不能省略。行末如果多了一个空格，Fortran 的固定格式读取会把它当成路径的一部分，运行时直接报错找不到目录。
这个文件改完，可以用一个很简单的命令检查行尾：
cat -A pathnames每行结尾应该是干净的$，如果看到^M或者空格$，说明文件带了 Windows 换行或多余空格。这个细节看起来不起眼，但能省掉你半小时排查时间。
3.3 COMMAND 和 RELEASES：粒子数、释放时间、输出间隔
COMMAND 文件用 Fortran namelist 格式写成，控制模拟的全局行为。我一般重点关注这几个参数：
&COMMAND PARTICLE_NUMBER = 10000 LDTEFF = .TRUE. LSUBGRID = .TRUE. LDIRD = 1 MAXAGE = 72.0 LOUTSTEP = 3600.0 LOUTAVER = .TRUE. /PARTICLE_NUMBER 是释放的总粒子数，数值越大浓度场越平滑，但运行时间和输出文件体积也越大。LDIRD 是方向控制：1 表示正向追踪，-1 表示反向追踪，做溯源时用 -1。MAXAGE 是粒子最大存活时间，单位小时，比如 72.0 表示追踪三天。LOUTSTEP 是浓度输出时间间隔，单位秒，3600 就是每小时输出一帧。LOUTAVER 决定输出的是瞬时值还是时间平均值，做浓度图一般用 .TRUE.。
RELEASES 文件定义释放源，格式比 COMMAND 更固定。我常用的写法是一个释放组，包含时间窗口和空间范围：
1 2019-06-01 00:00 2019-06-01 02:00 0.0 72.0 1.0E+06 0.0 0.0 113.0 30.0 0.0 100.0第一行是释放组编号；第二行和第三行是释放开始和结束时间；第四行是释放持续时间、粒子寿命上限、总释放质量、一个标志位；第五行是释放中心经度、纬度、最低高度、最高高度，单位分别是度和米。这里的经纬度我写的是某模拟项目X里用过的测试点，替换成你研究区域的位置即可。
每次改完这几个文件，我都会做一次“最小配置验证”：先只放 1000 个粒子、输出间隔拉大，跑通流程后再把粒子数和输出频率加上去。这个习惯帮我避免了很多“配置错了但跑了几小时才发现”的尴尬。
4. 运行与输出：从粒子轨迹到浓度网格，结果怎么读
配置写完，终于可以真正运行 flexpart。这一章讲输入数据怎么对齐、运行日志怎么看、以及输出文件如何解读。
4.1 气象数据与地理数据：先把输入对齐
flexpart 不是自带气象数据的，它需要你提供气象驱动场。常见做法是去全球再分析数据集下载 GRIB 格式的气象场，然后放到 pathnames 指定的目录里。下载时要注意两个事：一是时间范围要覆盖模拟窗口，二是变量要完整，至少包含风速、温度、湿度、气压和边界层高度这些核心场。
下载完先检查文件，再放入目录。我一般用 eccodes 提供的工具看一眼：
grib_ls /data/flexpart/input/met/20190601.gribgrib_ls 会列出 GRIB 文件里的所有场，包括变量名、层数、时间。这里重点看数据的 level 类型，flexpart 需要多层三维场，如果下的是单层场，运行时会报“无法插值”之类的错误。地理数据方面，flexpart 需要地表高度、土地利用类型等文件，这些一般在包内自带生成工具，或者用模型配套脚本从公开地表数据集转换。
把气象数据放好后，再检查路径：
ls /data/flexpart/input/met/ ls /data/flexpart/input/geo/确认目录里确实有文件，不是空目录。我遇到过好多次，pathnames 指对了，但目录是空的，flexpart 一句话不报就退出，看起来像程序崩了。所以养成习惯，在运行之前先手动确认每个目录非空。
4.2 启动运行：命令行入口与运行日志
所有输入就位后，在运行目录里执行可执行文件：
cd /data/flexpart/case1 ../src/flexpart运行时终端会滚动大量文本，包括正在读取哪个 GRIB 文件、插值进度、粒子释放信息。两个 Linux 小技巧可以帮上忙：
../src/flexpart > run.log 2>&1 tail -f run.log把输出重定向到日志文件，再用 tail 实时看进度，这样即使终端断开，日志也保留下来。运行时间取决于粒子数、模拟时长和气象数据覆盖范围，小案例几分钟，大案例几小时。如果运行几分钟后日志不动了，按 Ctrl-C 中断，检查日志最后几行，多半是路径问题或数据时间不匹配。
4.3 输出文件解读：partposit、grid_conc 与 header
运行结束后，输出目录里会出现几类文件。最简单的是 header，记录模拟基本信息，比如坐标系参数、网格定义。核心输出是两类：一类是粒子位置文件 partposit，记录每个粒子随时间变化的坐标；一类是浓度网格文件 grid_conc，按你设置的网格输出浓度场。
partposit 是二进制格式，不能直接打开看。flexpart 源码树里带了转换工具，常见做法是到 tools 目录编译 readpartposit：
cd flexpart/tools gfortran readpartposit.f90 -o readpartposit cd /data/flexpart/output ../flexpart/tools/readpartposit < partposit > partposit.txt转换出来的文本，一行一个粒子，列包含时间、经纬度、高度等信息。用 head 看一眼格式：
head -20 partposit.txtgrid_conc 文件如果编译时 NetCDF 接口正常，会输出为 NetCDF 格式，直接用 Python 的 xarray 读取画图很方便：
import xarray as xr import matplotlib.pyplot as plt ds = xr.open_dataset("grid_conc_20190601_00.nc") conc = ds["conc"].sum(dim="time").squeeze() fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 6)) mesh = conc.plot(ax=ax, cmap="YlOrRd") ax.set_title("Column-integrated concentration (ng/m3)") plt.savefig("concentration.png", dpi=150)这段代码把整个模拟时段的浓度按时间维度求和，得到一张累计浓度分布图。对于污染溯源场景，这张图能直接告诉你高浓度覆盖了哪些区域，再叠加监测点位就能对照。
5. 避坑清单：编译与运行阶段的五条血泪经验
这一章直接写我实际踩过的坑，每条按现象、原因、解决三个步骤展开，照着排查能省不少时间。
5.1 编译报错找不到 netcdff.mod
现象：执行 make 后，gfortran 报错Error: Cannot open file 'netcdff.mod'，或者提示can't find -lnetcdff。
原因：只装了 libnetcdf-dev，没装 libnetcdf-fortran-dev。前者是 C 接口的库，不包含 Fortran module 文件。
解决：
sudo apt install libnetcdf-fortran-dev装完后检查 /usr/include 或 /usr/lib/gcc 相关目录下是否存在 netcdff.mod。如果存在但 makefile 里没指定头文件路径，在 FFLAGS 里加一行：
FFLAGS += -I/usr/include从那以后我每次新机器编译前，都先执行apt search netcdf看一眼 Fortran 接口包是否在列，再开始动 makefile。
5.2 运行秒退但无任何报错信息
现象：在运行目录执行./flexpart，终端只输出一两行，进程就退出，没有明确的 error 信息。
原因：最常见的两个。一是 pathnames 里某个路径末尾多了一个空格，Fortran 固定格式读取把空格当成了路径的一部分；二是某个数据目录是空的，flexpart 检查不到文件直接退出。
解决：先cat -A pathnames确认行尾干净，再逐个ls检查目录内容，最后在 makefile 里加-g -fbacktrace重新编译一遍。flexpart 的日志本身比较简略，编译时加回溯选项能定位到具体是哪个文件读取失败。这个坑我连续遇到两次，后来养成了“先 cat -A，再 ls -l”的固定套路。
5.3 模拟正常结束但浓度场全零
现象：粒子数设了 10 万，跑了几小时，日志显示正常释放、正常结束，但打开 grid_conc 全是 0 或 NaN。
原因：OUTGRID 文件定义的网格范围没有覆盖释放源，或者 COMMAND 里 LOUTSTEP 设得太大，以至于每个输出间隔里粒子恰好还没进入网格。还有一种情况是释放质量设了 0，RELEASES 里那一行的质量参数写成了 0.0，粒子虽然没有密度但浓度算出来自然是零。
解决：先检查 OUTGRID 的经纬度范围，确认释放点落在网格内；再确认 RELEASES 里的质量参数大于 0；最后把 LOUTSTEP 缩短到 600 秒做一次小规模测试。做污染溯源时，网格范围宁大勿小，哪怕分辨率低一点，先把浓度场跑出来再局部加密。
5.4 反向追踪结果在原地打转
现象：设置 LDIRD = -1 做溯源，跑出来的粒子轨迹不往外走，就围着释放点附近转圈。
原因：反向模式对气象数据的起始时间要求与正向不同。反向追踪时粒子从观测时刻出发往回走，如果气象数据没有覆盖观测时刻之前的时间窗，或者 RELEASES 里的释放时间写得比气象数据还早，粒子在初始时刻就找不到有效风场，只能原地乱飘。
解决：把 RELEASES 的释放时间设为观测时刻之前至少一个 MAXAGE 小时，同时确认气象数据的起始时间比释放时间还早。比如观测是 6 月 1 日 02 时，MAXAGE 设 72 小时，气象数据从 5 月 30 日 00 时就要有，不能只覆盖 6 月 1 日当天。另外反向模式下粒子数建议加大到至少 5 万，不然统计噪声会被近似成原地不动。
5.5 GRIB 数据读取报错“key not found”
现象：程序运行到读取 GRIB 文件时报错，提示某个 key 找不到。
原因：气象数据的格式或变量命名与 flexpart 预期不一致。flexpart 对不同来源的气象数据有严格约定，它要求特定的字段名、层数、网格类型。下载数据时选了错误的参数组合，就会这样。
解决：先看报错里提到的 key 是什么，对比数据里的变量名和包内文档中列出的变量清单。最常见的是用了单层场而非多层场，或网格类型是 regular 而非 reduced。另外检查 eccodes 版本，新版库对 GRIB2 支持更完整，旧版容易出现 key 缺失。我一般会先跑一个只用 3 小时数据的极短模拟，确认数据读取正常，再跑正式案例。
6. 进阶技巧：批量跑情景模拟与 partposit 可视化
配置和排错都稳了之后，日常使用中我最常用的两个进阶操作：批量改释放点跑多情景，以及把 partposit 轨迹画出来。
批量做情景时不需要手动一个一个改 RELEASES，用 bash 循环加 sed 替换就可以。RELEASES 文件里的经纬度可以用占位符代替，比如把经度写成变量 LAT，然后循环替换：
for i in 1 2 3 4 5; do mkdir -p run_case_$i sed "s/LAT/$i/g" template_RELEASES > run_case_$i/RELEASES cd run_case_$i && cp ../COMMAND ../pathnames ../OUTGRID ../available . ../src/flexpart > run.log 2>&1 cd .. done每次循环生成一个独立目录，各自放一套配置，跑完不互相干扰。这里 sed 命令把模板里的 LAT 替换成实际数值，适合快速生成多释放点实验。需要注意 COMMAND 里输出的文件名如果指定了绝对路径，每次循环要一并改掉，否则结果会覆盖。
partposit 转成文本后，画轨迹最直接。readpartposit 转换出的列一般依次是时间、经度、纬度、高度、序号等。画三维轨迹时用 matplotlib：
import matplotlib.pyplot as plt import pandas as pd df = pd.read_csv("partposit.txt", delim_whitespace=True, header=None, names=["time", "lon", "lat", "z", "num"]) sample = df.sample(2000, random_state=42) fig = plt.figure(figsize=(10, 8)) ax = fig.add_subplot(111, projection="3d") ax.plot(sample["lon"], sample["lat"], sample["z"], lw=0.3, color="steelblue") ax.set_xlabel("Longitude") ax.set_ylabel("Latitude") ax.set_zlabel("Height (m)") plt.savefig("trajectory.png", dpi=150)粒子数多的时候画 10 万条线会很密集，所以先随机抽 2000 个粒子再画，轨迹趋势不受影响。如果 partposit 列数和你手上版本不同，先head -5看实际列数再改 names 列表。
关于 partposit 还有一个容易被忽略的点：不同版本的转换工具输出的列顺序不完全一样。我用过一次某个历史版本，时间列和高度列是反的，画出来的轨迹高度变化看起来非常离谱。后来我固定了“先 head 看表头，再画图”的流程，从那以后每次跑完模拟都强制走一遍：先 cat -A 检查路径文件，再 head 检查转换结果的列数，最后才进画图和浓度分析。希望帮到你。
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