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气候系统模拟解决方案


1.气候系统模式

 

气候系统模式用于研究大时间尺度内的地球气候变化,是评估全球变暖、大型工程环境生态气候影响等现象的重要工具,被广泛的应用于天气预报、预测气候变化等方面。

 

气候模式系统一般包含大气环流模式、海洋环流模式、海冰模式、陆面模式、陆冰模式、耦合器等模块,其中各个子模式用于模拟地球上不同部门的气候变化,耦合器用于各个子模式之间的数据格式转换及通信。

 

目前常用的气候系统模式为CCSM和CESM等。

 

1.1 CCSM

 

CCSM是目前被广泛使用的复杂气候数值模拟系统之一,最早建立于1996年,由美国大气研究开发中心(NCAR)开发并提供技术支持。最近的更新是在2010年04月,推出了CCSM4.0。近年来CCSM3参与了政府间气候变化专业委员会(IPCC)第四次评估报告的相关研究,广泛地应用于分析人类活动对全球气候变化的影响以及古气候变化过程等方面的研究。

 

CCSM由大气(ATM)、海洋(OCN)、海冰ICE)、陆地(LND)和耦合器(CPL)五个主要地模块之间的数据交换。CCSM采用的是混合的并行计算模式,整个系统采用分布式并行方式实现各个子模块的独立运行、模块间的数据交换,各子模块在不同计算节点之间采用MPI并行方式。现在多个研究机构利用CCSM做海洋和气候方面的研究和业务,模式具有较好的扩展性。

 

1.2 CESM

 

CESM是由美国NCAR于2010年07月推出的新一代地球系统模式(Earth System Model),是一个完全耦合的气候模式,其全称为Community Earth System Model,中文译名为“公用地球系统模式”。在CESM1.0中包括大气、陆地、海洋、海冰、陆冰等几大模块,主要用于研究地球的过去、现在、和未来的气候状况。

 

CESM的前身为CCSM,是一个地球气候系统模式,耦合了大气、陆地、海洋、海冰和生物、植被、大气化学等几大模块,从CCSM到CESM体现了气候模式的发展趋势,即集成更多物理化学变化模拟模块,更准确的模拟气候变化。

 

 

2. 解决方案

 

曙光公司针对气候模式对计算性能、网络性能和存储性能等方面的要求,推出了一套完整的集群解决方案。方案整体拓扑图如下所示:

 

 

 

系统主要由计算子系统、网络子系统和存储系统三个部分组成,其中计算子系统采用x86计算刀片+GPGPU计算节点的混合架构,既能发挥刀片集群计算性能高、并行扩展性好的优势,又能利用最新的GPGPU大规模超并行计算的优势,以充分满足气候模式计算量大的需求。存储系统采用曙光Parastor分布式并行存储系统,提供海量的数据存储空间和高速的并发读写性能,满足气候系统模式运行的需要。网络系统使用Infiniband/OmniPath计算网络加以太管理网络的“双网”方式,两种网络相对独立又可以实现冗余,保证集群网络的高可靠性。


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