【软件安装】HYSPLIT初识及PC版安装教程

在学习大气污染物输送、气团后向轨迹和气溶胶来源分析时，经常会遇到一个工具：HYSPLIT。

HYSPLIT 的全称是 Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model，由 NOAA Air Resources Laboratory 开发。它可以用于计算气团轨迹、污染物扩散、沉降以及空气浓度分布，在大气科学、环境科学、沙尘输送、火点烟羽和污染过程分析中都很常见。

本文主要记录 Windows 系统下 HYSPLIT 的安装流程，并简单演示如何完成一次后向轨迹模拟。

1. 官方网站与教程

HYSPLIT 官网：https://www.ready.noaa.gov/HYSPLIT.php

HYSPLIT 官方教程地址：https://www.ready.noaa.gov/documents/Tutorial/html/index.html

本文以 Windows 本地安装版 为例进行整理。

2. HYSPLIT 可以做什么？

HYSPLIT 最常见的功能主要包括：

气团前向轨迹计算（Forward trajectory）；
气团后向轨迹计算（Backward trajectory）；
污染物扩散模拟；
空气浓度模拟；
多轨迹计算与轨迹统计分析。

注释：
前向轨迹是从某个起始位置、起始高度和起始时间出发，沿着未来时间方向追踪气团运动路径。
后向轨迹是从某个观测点、观测高度和观测时间出发，沿着过去时间方向反推气团运动路径。
简单来说，前向轨迹关注“空气会去哪里”，后向轨迹关注“空气从哪里来”。

3. 安装前需要准备什么？

Windows 版 HYSPLIT 一般需要安装以下几个部分：

HYSPLIT 主程序
Tcl/Tk
ImageMagick
可选：Ghostscript

其中，Tcl/Tk 和 ImageMagick 很重要。很多时候 HYSPLIT 主程序本身安装成功了，但图形界面打不开，或者轨迹图无法显示，问题往往出在这两个工具上。

4. 安装 Tcl/Tk

HYSPLIT 的图形界面需要 Tcl/Tk 支持。

解压Tcl/Tk 后，将其移动至路径：C:\Program Files

5. 安装 ImageMagick

ImageMagick 主要用于图像格式转换。HYSPLIT 在生成轨迹图、浓度图时，常会涉及 PostScript、GIF、PNG 等图形格式。如果 ImageMagick 没有配置好，模型可能能运行，但结果图显示不出来。

安装 ImageMagick 时，注意勾选：

第一个选项是把 ImageMagick 加入系统环境变量。
第二个选项是安装传统命令行工具。有些 HYSPLIT 图形转换过程可能会调用这些旧工具，因此建议勾选。

安装完成后，可以打开命令提示符，输入：

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magick -version

如果能显示版本信息，说明 ImageMagick 基本安装成功。

6. 安装 HYSPLIT 主程序

注意：不建议安装到带有中文、特殊字符或层级太深的路径中。

安装过程中，一直点击continue即可。安装完成后，桌面一般会出现 HYSPLIT 的快捷方式。

如果双击 HYSPLIT 图标后打不开，或者系统提示选择打开方式，就需要手动选择用 wish86t.exe 打开。

7. 配置环境变量

为了让 HYSPLIT 能够正常调用 Tcl/Tk 和 ImageMagick，需要新建环境变量。

找到环境变量的路径为：

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此电脑→ 属性→ 高级系统设置→ 环境变量→ 系统变量 Path→ 编辑

检查其中是否包含类似路径：

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2
C:\Program Files\Tcl\binC:\Program Files\ImageMagick-xxx

其中 ImageMagick-xxx 需要替换成你电脑上的实际安装目录。

修改环境变量后，建议重新打开 HYSPLIT。如果仍然不生效，可以重启电脑。

8. 认识 HYSPLIT 的安装目录

如果按照默认路径安装，HYSPLIT 通常位于：C:\hysplit

其中比较常见的文件夹有：

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execguicodemetdataworkinggraphicshtml

几个常用目录可以这样理解：

文件夹	作用
`exec`	存放 HYSPLIT 主要可执行程序
`guicode`	存放 GUI 图形界面相关脚本
`metdata`	常用于存放气象数据
`working`	常用于存放运行控制文件和输出结果
`graphics`	与图形显示相关

刚开始使用时，不需要记住所有目录。只需要知道：

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2
气象数据常放在 metdata运行结果常出现在 working

9. 准备 ARL 气象数据

HYSPLIT 运行必须依赖气象数据。

它不能直接读取任意格式的气象文件，而是通常使用 ARL 格式气象数据。

常见气象数据包括：

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gdas1gdas0p5reanalysis

其中，gdas1 是入门时常用的数据之一，水平分辨率为 1°，每个文件通常包含 7 天的数据。

需要注意两点：

第一，模拟时间必须在气象数据覆盖范围内。第二，气象数据路径和文件名必须正确。

10. 第一次运行：后向轨迹模拟

安装完成并准备好气象数据后，可以尝试运行一次简单的后向轨迹。

打开 HYSPLIT GUI，选择：Trajectory→ Setup Run，进入轨迹设置界面。

主要需要设置以下几项：

10.1 起始时间

HYSPLIT 通常使用 UTC 时间，不是北京时间。

例如：

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北京时间：2022-08-01 08:00UTC 时间：2022-08-01 00:00

如果研究中国区域，要记得：

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UTC = 北京时间 - 8 小时

时间填错会导致轨迹结果整体偏移。

10.2 起始位置、高度

HYSPLIT 中输入位置（Location）时，一般为：latitude, longitude

起始高度单位通常是米。

10.4 模拟时长

如果做后向轨迹，模拟时长设置为负值：

分别表示向后追踪 24、48 和 72 小时。

如果做前向轨迹，则使用正值。

10.5 Top of model

Top of model 是模型计算的垂直上边界。

这个值不能设置得太低，否则轨迹可能被截断，导致追踪不完整。

10.6 Vertical motion method

Vertical motion method 表示垂直运动计算方法。

初学时通常选择：

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0: data

也就是使用气象数据本身提供的垂直运动信息。

10.7 气象数据路径

在 meteorology files 部分，需要指定气象数据所在目录和文件名。

例如：

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C:\hysplit\metdata\gdas1.aug22.w1

气象数据可以放在 metdata 文件夹中，也可以放在其他路径中，只要在设置时选对即可。

气象数据最多加载12个，但是气象数据也可以合并。

11. 运行模型与显示结果

参数设置完成后，点击保存。

然后选择：Trajectory→ Run Model

模型运行完成后，再选择：Trajectory→ Display→ Trajectory

在显示界面中，可以设置地图背景、轨迹颜色、输出格式等。如果配置正确，就可以得到一张后向轨迹图。

12. GUI 在背后做了什么？

HYSPLIT 的 GUI 看起来是在点击菜单，但本质上主要做三件事：

生成 CONTROL 文件；
调用 HYSPLIT 程序运行模型；
根据设置生成图形结果。

CONTROL 文件中记录了模型运行所需的关键信息：

理解 CONTROL 文件很重要。

如果只是跑一次轨迹，用 GUI 就可以。但如果要批量计算很多站点、很多时间、很多高度，就可以通过 Python、MATLAB 或 Shell 脚本批量生成 CONTROL 文件，再自动调用 HYSPLIT 运行。

13.参考来源

HYSPLIT Basic Tutorial Contents
HYSPLIT和TrajStat介绍 (B站MeteoInfo)

感谢MeteoInfo的开发者王亚强老师在B站的科普，在MeteoInfo中TrajStat工具可以用于轨迹聚类、潜在源贡献分析，这一工具会在之后的文章中进行介绍。