气象高性能计算环境中模式协同研发管理

面向气象科学的数值预报模式的研发过程是一个多学科交叉、持续改进型的复杂系统工程。在地球系统模式、E级计算和后摩尔时代的发展趋势下,气象数值模式研发协同面临更复杂的协同、更专业的计算平台调试分析、更广泛的共享应用等挑战。从以上需求和挑战出发,在气象高性能计算环境中,采用Git分布式技术、Python及工作流技术,建设气象数值模式研发协同管理支撑环境和标准,实现模式协同研发过程的管理、成果的集成共享和研发调试试验及分析一体化的支撑,以提升模式研发协同效率和业务化效率,保障研发成果的完整性和可跟踪性,提升大规模科学软件研发的管理能力。应用效果表明,本研究规范化了模式研发的协同过程,并建立流畅的协同支撑环境,提升模式迭代升级和业务化效率,能够为科学研究、科学计算等大型传统科学计算模型的持续研发改进管理及软件工程协同管理提供借鉴。     

应用WRF-chem探究气溶胶污染对区域气象要素的影响

采用新一代on-line空气质量模式Weather Research Forecasting Model with Chemistry(WRF-chem)模拟探究中国气溶胶污染对4个季节净辐射量、温度、大气边界层高度和降水量等气象要素的影响.模型验证结果表明:WRF-chem可反映出我国四季气象条件和PM10的浓度分布特点.由于气溶胶气候效应作用,受气溶胶污染影响,2006年1、4、7、10月月均净辐射量下降约10 W/m2,月均温度下降0.15℃,月均PBL高度下降15 m.月均净辐射量、温度、PBL高度显著下降的区域集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、山东半岛、武汉及周边、长株潭和成都-重庆等气溶胶浓度较高的地区,秋季下降量最高,春季最低.与其他气象要素不同,气溶胶污染使得降水量有所增加.通过与美洲、欧洲等地区的相关研究对比发现,由于我国气溶胶污染较为严重,气溶胶对气象要素的影响更加显著.     

利用数值天气预报产品预报海面光学湍流

利用数值天气预报模式预报产品开展了不同季节海面光学湍流数值预报研究,发现:南北纬30°之间海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化较小,南北纬30°以外高纬度海域海面光学湍流强度和大气相干长度季节变化显著,夏半球光学湍流强度相对较弱、大气相干长度相对较大,冬半球光学湍流强度相对较强、大气相干长度相对较小.全球大部分海域,10.6 μm光波10m高度光学湍流强度大于10-15m-2/3,0.55μm光波10m高度光学湍流强度小于10-15m-2/3.若沿海面10m高度水平传播10km,全球大部分海域,10.6μm光波大气相干长度大于60cm,0.55μm光波大气相干长度小于6cm.利用两个不同数值天气预报模式同期产品制作的海面光学湍流强度预报全球海域分布特征相似,但模式水平分辨率越高,预报的海面光学湍流强度的水平分布特征越清晰.     

境外核事故放射性后果评价软件(RADCON)的开发及应用

境外核事故放射性后果评价软件(RADCON)将区域气象数值预报和中长距离放射性污染物迁移放射性后果评价集成为一体,可用于模拟全球不同位置释放的放射性污染物的中、长距离输送和扩散及辐射剂量后果。本文介绍了RADCON的基本结构和功能,并以日本福岛第一核电站核事故为例进行了应用实例分析,给出了福岛第一核电站事故大气释放量最高的3月15—16日期间的长距离输送和扩散及其辐射剂量分布的模拟结果。结果表明,RADCON系统能够较真实地反映释放的放射性核素在环境中的迁移趋势和扩散的时空分布,可为应急决策提供技术支持。     

数值预报中试系统设计与关键技术实现

气象数值预报模式是数值天气预报业务的重要基础，模式的研发改进需要在高性能计算环境中不断地开展模拟试验来检验评估预报效果。针对气象科学家手工编排批处理脚本开展数值模拟试验方式中存在的不便捷、耗时长、不可见、底层细节复杂、试验分析比对困难等问题，采用C/S架构，基于Python和工作流技术，设计实现了可视化界面交互“建模-计算-监控-分析-管理-共享”全流程集成应用的数值预报中试系统。应用结果表明，系统提升了模式研发试验效率和高性能计算机系统的易用性，在数值天气预报模式研发中试中发挥重要支撑作用，扩展性良好。