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电科院超级云计算的数值天气预报一体化平台构架

项目背景

随着经济社的发展以及对天气预报的要求越来越高,天气预报方法从建立在大气性理论以及预报员经验上的半经验方法,发展至以大气科学理论为基础的数值天气预报方法。现代气象值预报以大气科学理论为基础、综合运用科技手段,通过高性能计算机平台完成,涉及大气科学、地球科学、网格技术、计算数学、高性能计算机等学科。随着这些学科的不断发展,数值天气预技术取得了很大的发展,预报水平也在不断地提高,现在已经成为了天气预报制不可或缺的重要方式。

核心需求

普通的数值天气预报流程包括观测资预处理,气象资料变分同化,模式预报,后处理,产品可视化等。但是在不断的研究和应用实践中,人们认识人至由于天气预对初始条件的敏感性以及模式本身存在的不确定性等原因,依靠传统单一的确定性预来提高数值预的水平变得越来越困难,并且这种数值预的结果很不稳定。

需求分析

针对普通数值天气预报的问题,现在有集合预报来解决它初始条件不确定性和模拟过程的近似性问题。集合预报通过技术手段对初始条件中的误差进行分析,得出初始误差的分布范围,然后根这些信息构造初始样本集合,再从这组初始样本集合出发,对每一个初始样本进行模式积分,从而得到一个预报状态的集合,之后根据得到的这组预报状态,利用概率的方法,得出预报状态的根率分布。此时,集合预报中各任务特别是模式预任务需要用到大量的高性能资源进行数值模式计算,而集合预则要对每对初始样本进行模式预报,并且初始扰动产生的初始样本数常会超过100对以上,因此,集合预更加需要大量的高性能资源。然而,这对很多的单来说,是一个很大的负担。一方面没有充足的经费支持该方面的建设;另一方面普通购置以后,模式计算时间又集中在定时进行气象资料交换的时段,计算机资空闲时间软多,资源整体效益不高。近来不断兴起的云计算成为解决上述问题的有效途径。

解决方法

1.计算资源虚拟化

2.面向数值天气预报的“云”+“端”的海量数据处理

3.面向数值天气预报的大规模并行计算

4.面向数值天气预报的多任务分布式处理

5.基于超级云计算的数值天气预报一体化平台框架

在这一系统的研究中,曙光提供了数值天气预报一体化硬件解决方案设计及设备

系统层次结构图

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