数值天气预报初始化软件系统的优化设计研究
发布时间：2021-08-02 16:48
数值天气预报是高性能计算的重要应用之一,它是在符合条件的初始值下通过计算机求解一组描述大气物理演变规律的偏微分方程,以达到预报未来一段时间天气现象的一种技术。作为预报问题,初值质量很大程度上决定了数值天气预报的预报结果准确与否,准确的数值天气预报必须以高质量的模式初值为前提。数据同化（即数据初始化）是一类将不同来源的信息融合在一起以获得高质量初值的方法,现已广泛用于为数值天气预报提供高质量的初值。本文对现有数据同化算法进行了深入研究与细致分析,针对目前主流数据同化算法存在的问题,选择了一种比较好的降维投影四维变分数据同化算法DRP4Dvar。借助该算法,运用一组扰动集合样本生成基向量,并将模式空间的分析增量投影到这组基向量子空间上,使目标函数的控制变量由分析增量转换为基向量的系数,从而完成了缩短计算时间的投影降维工作,投影降维优化的效果使得模式空间的维数由原来的108减小到不超过102。在此工作基础上,将降维投影的四维变分算法的串行版本,按照格点统计插值（GSI）的并行规则进行重新设计与优化。在优化过程中,分析和挖掘出算法在最小化迭代过程中存...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据同化系统模型图
每一个数据子集又包含了一个或者多个数据项。图 3.2 BUFR 数据格式图PrepBUFR 文件类型格式来自于 BUFR 类型格式，图 3.2 中表示了 BUFR 数据格式的结构。可以看出，一个 BUFR 文件由很多个 Message 构成，一个 Message 由很多个 Subset 构成，一个 Subset 由很多个数据项构成，如图中的 T、Q 和 U 代表观测数据项温度、湿度和风等信息。PrepBUFR 格式文件与 BUFR 数据格式文件结构相同，唯一不同之处是 PrepBUFR 数据格式文件中的 BUFR 子集中不仅包含了观测数据项，而且还包括了这些观测数据项的观测误差信息和质量控制信息。因此，PrepBUFR 数据格式文件是一种特殊的 BUFR 数据格式文件
第 3 章 数据同化系统的并行方案理器来读取，即 0~n-1 号处理器作为 IO 处理器，firstguess_mem001，_mem0n 依次由 0~n-1 号处理器来读取，读取完成后可以在 0~n-1 号处理样本的信息。这种并行读取策略达到了并行读取的目的，文件读取效率取 n 个样本有很大的优势。虽然设计达到了并行读取 n 个样本文件的目数据同化系统使用的总处理器数目必须大于样本数 n。如果总处理器数 n，那么数据同化系统将无法运行。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development and Testing of the GRAPES Regional Ensemble-3DVAR Hybrid Data Assimilation System[J]. 陈良吕,陈静,薛纪善,夏宇. Journal of Meteorological Research. 2015(06)
[2]An Extension of the Dimension-Reduced Projection 4DVar[J]. SHEN Si,LIU Juan-Juan,WANG Bin. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2014(04)
[3]数据同化算法研究现状综述[J]. 马建文,秦思娴. 地球科学进展. 2012(07)
[4]An Economical Approach to Four-dimensional Variational Data Assimilation[J]. 王斌,刘娟娟,王曙东,成巍,刘娟,刘成思,Ying-Hwa KUO. Advances in Atmospheric Sciences. 2010(04)
[5]资料同化方法的理论发展及应用综述[J]. 官元红,周广庆,陆维松,陈建萍. 气象与减灾研究. 2007(04)
[6]Numerical Weather Prediction in China in the New Century——Progress,Problems and Prospects[J]. 薛纪善,刘艳. Advances in Atmospheric Sciences. 2007(06)
[7]A New Approach to Data Assimilation[J]. 王斌,赵颖. Acta Meteorologica Sinica. 2006(03)
[8]关于集合Kalman滤波的理论和方法的发展[J]. 刘成思,薛纪善. 热带气象学报. 2005(06)
[9]A Simple Method of Calculating the Optimal Step Size in 4DVAR Technique[J]. 王云峰,伍荣生,王元,潘益农. Advances in Atmospheric Sciences. 2000(03)
博士论文
[1]气象资料变分同化的研究与并行计算实现[D]. 张卫民.国防科学技术大学 2005
本文编号：3317920
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
数据同化系统模型图
每一个数据子集又包含了一个或者多个数据项。图 3.2 BUFR 数据格式图PrepBUFR 文件类型格式来自于 BUFR 类型格式，图 3.2 中表示了 BUFR 数据格式的结构。可以看出，一个 BUFR 文件由很多个 Message 构成，一个 Message 由很多个 Subset 构成，一个 Subset 由很多个数据项构成，如图中的 T、Q 和 U 代表观测数据项温度、湿度和风等信息。PrepBUFR 格式文件与 BUFR 数据格式文件结构相同，唯一不同之处是 PrepBUFR 数据格式文件中的 BUFR 子集中不仅包含了观测数据项，而且还包括了这些观测数据项的观测误差信息和质量控制信息。因此，PrepBUFR 数据格式文件是一种特殊的 BUFR 数据格式文件
第 3 章 数据同化系统的并行方案理器来读取，即 0~n-1 号处理器作为 IO 处理器，firstguess_mem001，_mem0n 依次由 0~n-1 号处理器来读取，读取完成后可以在 0~n-1 号处理样本的信息。这种并行读取策略达到了并行读取的目的，文件读取效率取 n 个样本有很大的优势。虽然设计达到了并行读取 n 个样本文件的目数据同化系统使用的总处理器数目必须大于样本数 n。如果总处理器数 n，那么数据同化系统将无法运行。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development and Testing of the GRAPES Regional Ensemble-3DVAR Hybrid Data Assimilation System[J]. 陈良吕,陈静,薛纪善,夏宇. Journal of Meteorological Research. 2015(06)
[2]An Extension of the Dimension-Reduced Projection 4DVar[J]. SHEN Si,LIU Juan-Juan,WANG Bin. Atmospheric and Oceanic Science Letters. 2014(04)
[3]数据同化算法研究现状综述[J]. 马建文,秦思娴. 地球科学进展. 2012(07)
[4]An Economical Approach to Four-dimensional Variational Data Assimilation[J]. 王斌,刘娟娟,王曙东,成巍,刘娟,刘成思,Ying-Hwa KUO. Advances in Atmospheric Sciences. 2010(04)
[5]资料同化方法的理论发展及应用综述[J]. 官元红,周广庆,陆维松,陈建萍. 气象与减灾研究. 2007(04)
[6]Numerical Weather Prediction in China in the New Century——Progress,Problems and Prospects[J]. 薛纪善,刘艳. Advances in Atmospheric Sciences. 2007(06)
[7]A New Approach to Data Assimilation[J]. 王斌,赵颖. Acta Meteorologica Sinica. 2006(03)
[8]关于集合Kalman滤波的理论和方法的发展[J]. 刘成思,薛纪善. 热带气象学报. 2005(06)
[9]A Simple Method of Calculating the Optimal Step Size in 4DVAR Technique[J]. 王云峰,伍荣生,王元,潘益农. Advances in Atmospheric Sciences. 2000(03)
博士论文
[1]气象资料变分同化的研究与并行计算实现[D]. 张卫民.国防科学技术大学 2005
本文编号：3317920
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3317920.html
