基于UNICORE数值天气预报系统的设计与实现

摘要

中尺度数值天气预报模式是基于描述大气运动变化的非线性偏微分方程组，在计算机上建立的模拟未来天气要素变化的大规模运算模式，需要处理大密度的数据和进行复杂的运算。中尺度数值天气预报为评估严重的天气灾害提供了有效的指导，因此中尺度天气预报占有越来越重要的地位。MM5模式是世界上应用最为广泛的中尺度模式。当前数值天气预报产品越来越丰富的需求和对预报精度的提高，需要巨大计算量和相应科学仪器的支持，另外整合数值天气预报各个步骤以提高工作效率也是当前研究的热点。与此同时，网格中间件已经部署在世界上多个组织中，如UNICORE，Globus，把科学，工程等领域的应用部署在这些网格中间件上，以获得无缝的计算能力和访问网格环境中资源的接口为目的的各项工作正在展开。本文在UNICORE Arcon C1ient Library基础上，根据数值天气预报的业务流程实现多种作业提交方式以满足科研和工程计算的需求，构建了数值天气预报专用的Web轻量级客户端；对于UNICORE的抽象作业对象中的输入数据的导入，命令序列的执行，输出数据的导出以及作业中工作流的指定进行了分析和研究，实现了数值天气预报抽象作业对象的包装；对于资源日益膨胀的网格系统，使用UNICORE原有的用户手动映射的方法查找符合作业需求的资源变的相当困难，本文对UNICORE UPL协议和GMS生产者接口进行了分析和研究，分别实现了对网格系统中资源静态和动态情况的发现，并通过资源评估算法对各个资源进行评估，为用户作业匹配最优的资源，实现了具有资源发现和作业调度功能的UNICORE Broker。在此基础上，本文对数值天气预报的业务流程和特点进行了调研，提出基于UNICORE网格中间件的数值天气预报系统的设计，最终实现整个系统。以上工作也是山东省重大科研专项“山东气象网格”和Intel资助项目“基于UNICORE环境下的数值天气预报应用”的主要部分。本系统部署在山东省高性能计算中心，网格系统中集成了山东省高性能计算中心，山东省气象局和山东大学数学院6台高性能计算机，并对本系统进行了试用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：简写符号对照表

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章引言

第二章网格中间件UNICORE以及相关的应用工作

第三章基于UNICORE数值天气预报系统分析和设计

第四章基于UNICORE数值天气预报系统关键技术的实现

第五章基于UNICORE数值天气预报系统的部署应用

第六章总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的主要学术论文及参加的主要科研项目