利用第5代欧洲中心—汉堡大气环流模式ECHAM5全球大气环流谱模式和中国气象局自主研发的GRAPES全球同化与预报模式分别对2010年1月1—6日全球平流层温度进行了模拟分析,结合相应时段的全球最终分析资料FNL,对比评估了两个模式对平流层温度的模拟效果,并对较为显著的误差现象进行了分析与探讨。结果表明:对于50 h Pa高度上的温度,ECHAM5模式模拟的温度与FNL资料的结果在研究时段内随时间的变化很小,而GRAPES模式模拟的结果在南半球随时间变化显著偏暖。进一步将ECHAM5和GRAPES模式所用的温度初始场进行对比研究表明,两者的分布形态非常形似,尤其是在南半球地区,大部分差值接近于零。将ECHAM5采用的全球臭氧廓线应用于GRAPES模式中,对比发现南半球平流层异常增温的现象仍然存在。因此,温度初始场和臭氧廓线的选取不是造成GRAPES模式模拟出现南半球平流层异常增温的主要原因,需要对GRAPES模式中其他动力及物理过程或参数选取做进一步的深入分析,以弄清其在平流层温度模拟中出现较大偏差的原因。
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预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。
GRAPES(global and regional assimilation and prediction system)是由中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室自主研究开发的中国新一代数值天气预报系统,其目标是科研/业务通用.为了实现这一目标,结合高性能计算机的体系结构设计并实现模式的并行计算是必不可少的.作为核心开发技术之一,GRAPES系统设计并实现了模式的并行计算方案,包括中尺度有限区模式的并行计算和全球模式并行计算.GRAPES模式并行计算版本在IBM-Cluster1600上的测试表明,GRAPES模式的并行计算程序正确、稳定、有效,为其业务化之路奠定了基础,同时也为系统未来的可持续开发、优化创造了条件.
