广州区域数值预报模式并行化计算

采用消息传递方式 (MPI) 对最近发展的广州区域数值预报模式进行了并行化计算研究。根据模式的结构和计算过程特点, 模式适合采用水平分区方案进行并行计算处理。在曙光3000并行计算机上分别采用一维和二维分区并行方案实现了模式的并行化计算, 并对模式的并行效率、并行加速比和并行通讯时间百分比等做了测试。对测试结果的分析表明:采用8个CPU时, 两种方案都能在1 h内完成72 h的预报, 一维分区方案的并行效率则保持在90 %左右, 可以满足业务运行需要。当模式使用8个以上CPU时, 通讯时间迅速增加并超过了计算时间的50%, 模式并行效率明显下降。CPU相同时, 模式一维分区并行方案比二维分区并行方案并行效率高且实现起来简单。     

格点选择对MAPS面雨量预报效果的影响

以MAPS数值预报产品为基础，采用1998～2001年MAPS数值格点降水预报场资料，选取长江上游六大流域不同的代表格点计算该流域不同时段、不同时效的面雨量。以历年面雨量实况为标准，对上述时段面雨量预报值进行相关分析。结果表明，格点选择不同，该流域面雨量预报结果存在较大差异，对于MAPS数值降水预报而言，采用将格点北移1纬度、东移3经度的方式，其预报效果最佳。将这种格点选择方式应用于2002年长江上游六大流域面雨量预报，其效果较好。     

2003年汛期3种中尺度数值预报模式降水预报检验

利用2003年汛期降水实况及河南省气象台引进的3种中尺度数值预报模式(REM、MM5、MAPS)的降水预报资料，对模式预报性能作了检验对比分析。结果发现：REM模式对于大雨以上降水的预报效果较好；MAPS模式的12h预报有明显优势；MM5模式对小雨和中雨的预报效果较好，并且预报结果具有稳定性。     

基于MPI技术的AREM模式并行开发及试验

应用消息传递接口函数库（MPI）并行程序设计技术开发了中尺度暴雨数值预报模式AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）的并行版本,并在3种计算机系统平台下进行了加速比测试,结果显示出较高的并行效率和较好的可扩展性。建立并行版本后,模式高分辨率版本能够满足时效性要求。通过采用并行模式的高低分辨率版本对一个暴雨个例进行模拟表明,高分辨并行版本的模拟结果与观测更为接近,并具有较好的预报时效性。     

2003年汛期3种中尺度数值预报模式降水预报检验

利用2003年汛期降水实况及河南省气象台引进的3种中尺度数值预报模式(REM、MM5、MAPS)的降水预报资料,对模式预报性能作了检验对比分析.结果发现REM模式对于大雨以上降水的预报效果较好;MAPS模式的12 h预报有明显优势;MM5模式对小雨和中雨的预报效果较好,并且预报结果具有稳定性.     

应用最优化订正法制作长江上游面雨量预报

利用最优化订正法，通过对MAPS数值降水预报进行订正，制作长江上游六大流域短期面雨量预报。2002年6－10月业务试验表明，长江上游六大流域平均的常规降水面雨量预报准确率比MAPS高19％左右，强降水天气过程的击中率为48％左右，取得了较好的效果。     

98大洪水期间几种数值预报的降水预报能力分析

对1998年汛期大洪水期间日本、HLAFS、MAPS模式降水预报场进行预报能力分析。分析结果表明 :日本和HLAFS模式降水预报以偏小为主 ,而MAPS模式是偏大的略多于偏小的 ;雨带位置有误差的所占的比例是 :日本模式53 % ,HLAFS模式34% ,MAPS模式47%。     

MAPS产品在县级气象台站的应用初报

在本站日常天气预报工作中,所用到的数值预报产品主要来源于宜昌市气象台每日16时发布的预报指导产品。从1998年1月开始,宜昌市气象台增加了提供武汉暴雨研究所08时MAPS产品结论。考虑到MAPS产品提供的预报结论与现行预报评分中的预报用语不尽一致,不便作定量方面的统计分析,在此,仅对MAPS产品结论作了一些定性的统计分析,得到了一些初步的定性分析结果。1MAPS产品的预报评分将MAPS两个时段（20～08时,08～20时）的结论上下限值互为对应叠加成一个结论（20～20时）,同时将预报量按＞0.1mm和无雨分为雨、晴两种属性,以现行…     

国家气象中心新一代业务中期预报模式T213L31的主要特点

T2 1 3中期数值预报系统于 2 0 0 2年 9月 1日起在国家气象中心正式业务化。作为此系统核心的T2 1 3L31全球模式与原业务模式T1 0 6L1 9相比 ,采用了一些新的数值技术 ,包括半拉格朗日时间积分方案的引入 ,采用规约格点 ,分布内存与共享内存并行相结合 ,从而在目前有限的计算机资源条件下 ,能积分高分辨率的模式。更重要的是 ,模式采用了一些更新、具有更真实物理概念的物理过程参数化方案 ,对于辐射方案、次网格尺度地形参数化、积云对流方案、云方案、陆面过程方案都作了很大改进 ,从而克服了许多T1 0 6L1 9模式中存在的问题 ,明显提高了T2 1 3L31模式的预报技巧。     

GRAPES全球模式MPI与OpenMP混合并行方案

随着多核计算技术的发展,基于多核处理器的集群系统逐渐成为主流架构。为适应这种既有分布式又有共享内存的硬件体系架构,使用MPI与OpenMP混合编程模型,可以实现节点间和节点内两级并行,利用消息传递与共享并行处理两种编程方式,MPI用于节点间通信,OpenMP用于节点内并行计算。该文采用MPI与OpenMP混合并行模型,使用区域分解并行和循环并行两种方法,对GRAPES全球模式进行MPI与OpenMP混合并行方案设计和优化。试验结果表明:MPI与OpenMP混合并行方法可以在MPI并行的基础上提高模式的并行度,在计算核数相同的情况下,4个线程内的MPI与OpenMP混合并行方案比单一MPI方案效果好,但在线程数量大于4时,并行效果显著下降。     

三峡区间面雨量预报方法及其试验效果

介绍了用于制作三峡区间面雨量预报的各种预报方法,分析了天气学方法、数值预报方法及以数值预报产品为基础的人工神经网络方法在１９９９年汛期的试验效果,结果表明：人工神经网络方法及ＭＡＰＳ数值预报方法预报效果较好。并提出了对几种面雨量预报方法的改进措施。     

CALMET的OpenMP并行化

基于处理器制造工艺的提升接近极限,传统的单纯靠提高主频来提升性能已不适合时代需求,促使处理器从单核向多核转化。经过近年发展,多核处理器在当前成为主流配置,而气象程序大部分还是串行的,极大地浪费了处理器的计算资源。MPI和OpenMP作为两种主要的并行环境,具有各自的优势。MPI适用于分布式内存计算机,但是需要对程序进行的修改较多,难度大。OpenMP使用共享内存方式,对程序修改较少。相对来说,OpenMP更适合于多核处理器的并行计算。通过对CALMET进行OpenMP并行化加快CALMET运行速度的尝试,介绍了对串行程序进行OpenMP并行化的一般方法。主要步骤包括：对串行程序进行性能分析,找出计算时间最长的程序段进行并行改写;对循环进行OpenMP并行化,修改中间变量为单个线程私有;编译运行并行程序,进行性能比较;比较并行与串行的运行输出结果是否一致。     

区域暴雨增强数值预报业务系统及其预报效果分析

该文介绍了区域暴雨增强数值预业务系统的设计思想，主体结构及主要的关键技术，并总结了该系统业务试验的情况和效果。该系统以ＹＨ模式为基础，对其从坐标系、水平和垂直分辨率及物理过程等方面进行了改进，并结合实时资料处理系统，图形处理等形成了一个比较完整的数值预报业务体系。     

GRAPES全球格点模式的并行计算负载平衡策略

随着高性能计算机技术的发展和应用,并行计算已成为保证数值天气预报模式业务运行时效的关键技术之一.目前高性能计算机计算能力已达到每秒千万亿次浮点计算.系统中处理器数量也早已达十万甚至更多,如此巨大的计算资源对应用软件系统的设计也提出了挑战.数值天气预报软件系统要充分利用高性能计算机提供的计算资源,必须依靠并行计算方法,这包括适合计算问题的可扩展并行算法的设计、合适的数据分配方案以及良好的任务负载平衡方案.作为中国新一代数值天气预报格点模式,GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)设计的最终目标是一个科研/业务通用,区域/全球通用模式.作为一个格点模式,GRAPES的并行计算具有与欧洲中期数值顶报研究中心谱模式并行计算不同的特点,GRAPES的并行计算采用了经典的水平网格数据划分.但对于全球的GRAPES模式,由于采用拉格朗日差分方案,模式极地及附近区域格点与格点之间距离的减小.使得模式并行计算在采用简单的经纬网格划分方式实现时,必须考虑极地区域并行计算跨越多个处理器时导致的频繁通讯解决途径.本研究提出了利用消息传递组通讯实现全球格点模式并行计算的一种方法,其核心思想是将极点附近一定区域内的处理器按纬向划归不同的处理器组.文中还给出了该实现方法的任务分配算法,提出了改进的任务分配负载平衡方案.在中国气象局高性能计算机IBM-cluster1600上的测试表明,算法具有较好的可扩展性,其负载平衡方案改善了计算的绝对墙钟时间,使并行计算效率提高10%以上.模式的准业务运行结果表明计算墙钟时间基本可以满足数值预报业务的实时性要求.     

大气环流数值模式的一种并行化方案

从一般计算机并行计算理论出发,结合大气科学模式的特点,总结出一套对数值模式适用的并行化编程方案,而且提出了并行计算过程中应该注意的一些问题.利用文中提到的方案,可以帮助刚开始接触并行计算的模式编程人员快速完成串行数值模式的并行编程.最后,以一个串行的大气环流模式SAMIL并行化编程作为实例,对其并行计算过程和并行计算效率进行了描述和分析.     

Sensitivity studies with the regional climate model REMO

Summary A new regional atmospheric model was set up in a joint effort by DKRZ (Deutsches Klimarechenzentrum), DWD (Deutscher Wetterdienst), GKSS (Forschungszentrum Geesthacht) at the MPI (Max-Planck-Institut fuer Meteorologie). This model, called REMO (REgional MOdel) can be used in the weather forecast mode as well as in the climate mode. It is based on the Europa-Model (EM), the main weather forecast model of the new numerical weather prediction system of the Deutscher Wetterdienst. In addition to the physical parameterizations implemented in the EM, REMO has the possibility of using the same physics as the global climate model (MPI) into which it is nested to assess the scale dependence of physical parameterizations within the same dynamical framework.This paper gives an overview over different case studies investigating the dependence of model results on simulation domain size, horizontal resolution, initial conditions and lateral boundaries especially for long term calculations. A sample of one month long integrations for an arbitrary July month, a four year long run for the Baltic Sea and its drainage basin and two summer seasons of the Indian Monsoon will be used to demonstrate the sensitivity of regional climate model results to different environments.The sensitivity studies show that it is very important to use realistic large scale driving fields at the lateral boundaries. The regional model results are strongly influenced by the driving fields. The domain size and the simulation length are also influencing the results.With 12 Figures     

用OpenMP并行化气象预报模式试验

介绍可移植的共享内存并行编程应用程序接口 OpenM P, 通过对浅水波模式和复杂地形下的嵌套细网格模式的并行计算试验, 探讨它用于并行化气象预报模式的可行性, 并将其与 M PI 并行编程接口作比较。