顺序数据同化方法的并行计算研究

发布时间：2022-02-20 03:13

　　随着地球模型的复杂度增加,各种新型高精度信息的融入和多模型多角度契合,使得数据同化系统的计算时间越来越长。并行数据同化框架可较为有效的解决这一问题。同时,数据同化系统性能易受系统内多参数影响,耦合智能算法优化选择数据同化系统参数值得探究,同时耦合方案的并行性能亟待开发。鉴于上述问题,开展了以下工作:一、从集合类Kalman滤波的内在并行性入手,对并行计算框架存在的模式分解和区域分解两种并行策略的原理和集合转换Kalman滤波理论进行了探讨,并在Lorenz-96模型的基础上,对主要接口和进程进行设计,最终从单双进程的基础验证了并行计算框架在降低单机存储需求,不影响数据同化性能和降低同化系统耗时三个方面取得的良好效果。二、提出了耦合DE算法和NSGA-2算法的数据同化参数优化系统,对耦合DE算法的系统进行了由局地化半径和协方差膨胀因子构成的变量空间内的变量组合优化研究,并从种群个体分布情况、最优个体的收敛性、种群的变分差值分布等方面验证了该方案具有较好的收敛性和有效性。并最终从空间内任意选取的个体和最优个体的同化性能比较中证实最优个体选取的正确性。同样,对耦合NSGA-2的系统进行了由协... 

【文章来源】：西北师范大学甘肃省

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 数据同化的发展
    1.2 研究的背景与意义
    1.3 国内外的研究进展
    1.4 研究内容与章节安排
第2章 理论基础
    2.1 LETKF理论
    2.2 PDAF理论基础
        2.2.1 语言基础
        2.2.2 矩阵分布式运算
        2.2.3 PDAF的并行策略
    2.3 DE算法与NSGA-2算法
        2.3.1 优化问题
        2.3.2 DE算法
        2.3.3 NSGA-2
    2.4 本章小结
第3章 PDAF性能探究
    3.1 模型选择
    3.2 PDAF与Lorenz-96模型的结合
    3.3 相交进程集配置方案
    3.4 主要接口及程序
        3.4.1 Init_Filter
        3.4.2 Get_State
        3.4.3 Put_State
    3.5 实验条件与性能参数
        3.5.1 实验条件
        3.5.2 性能参数
    3.6 实验结果及分析
    3.7 本章小结
第4章 数据同化参数优化及并行实现
    4.1 前言
    4.2 耦合DE的数据同化系统参数优化
        4.2.1 耦合原理
        4.2.2 数值实验
    4.3 耦合NSGA-2的数据同化系统参数优化
        4.3.1 耦合原理
        4.3.2 数值实验
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果及参与项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于差分进化的动态预测模型——以高炉炼铁为例[J]. 衣丽萍,王西贤,史雨.  中国高新区. 2018(02)
[2]Lorenz-96模式中三种目标观测方法的有效性比较[J]. 严珺,郑琴,周仕政,王璞.  气象科技. 2017(05)
[3]基于反向学习的差分进化算法的冷轧负荷分配[J]. 赵志伟.  计量学报. 2017(04)
[4]基于差分进化算法的供热节能控制系统[J]. 闫峰.  沈阳工业大学学报. 2017(03)
[5]任务并行编程模型研究与进展[J]. 王蕾,崔慧敏,陈莉,冯晓兵.  软件学报. 2013(01)
[6]顺序数据同化的Bayes滤波框架[J]. 李新,摆玉龙.  地球科学进展. 2010(05)
[7]遥感科学与技术中的一些前沿问题[J]. 宫鹏.  遥感学报. 2009(01)
[8]陆面数据同化系统的研究综述[J]. 黄春林,李新.  遥感技术与应用. 2004(05)

博士论文
[1]集合变分资料同化关键技术及其并行算法研究[D]. 冷洪泽.国防科学技术大学 2013

硕士论文
[1]差分进化算法的应用研究[D]. 周谦.中原工学院 2016



本文编号：3634198