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基于网格的气象计算资源管理与共享平台
湖南气象网 2009-5-10 19:28:30
我国气象部门内有相当一部分地区缺乏足够的高性能计算机资源来支撑气象预报模式的运行,这极大地制约了当地防灾减灾气象服务的能力。2005年以来,国家气象信息中心联合部门内外多个单位,基于网格技术建立了气象计算资源管理与共享平台,研发了平台软件系统和模式预报系统。平台整合部门内多处高性能计算机资源,通过共享机制提供计算能力服务。平台建设成果现已全部投入稳定业务运行,为计算资源匮乏地区的减灾防灾服务做出了贡献。

  

资源分布不均  共享需求强烈

  气象预报一直是高性能计算机的重要应用领域之一。大气科学领域的计算应用程序通常称为气象模式,通过求解描述大气状况的非线性方程,来计算大气的未来变化。无论是短期天气预报还是长期气候预测,都离不开强大的高性能计算资源的支持。

  气象部门的高性能计算机资源具有地域分布不均匀的特点。国家级、区域级中心及部分发达地区省局计算资源相对较为丰富。国家气象信息中心是中国气象局的国家级信息技术业务中心,汇聚了气象部门主要的高性能计算资源。近年来在系统应用支持与技术研发方面积累了较强实力,是国内领先的超级计算中心之一。部分区域气象中心和经济发达地区气象单位近年来在有关项目支持下,高性能计算机系统能力建设也进展迅速。

  但也有相当一部分地区计算资源匮乏,难以支撑当地的气象预报业务和科研活动。多个中西部省份没有购置任何高性能计算机系统,因而没有计算资源支持本地气象预报模式的运行,而一些购置了设备的省份也存在资源能力不能完全满足业务运行需要的问题。这大大地制约了当地气象预报、减灾防灾的服务能力。

  气象部门内计算资源贫富不均,共享需求强烈。如果采用适当技术手段,将资源相对富余的国家级、区域级中心部分资源提供给匮乏地区使用,将能实现部门内的资源优化配置,解决资源的地域分布不均问题。这对提高资源使用效率,支援技术相对落后地区气象预报和技术水平,缩小地区差异具有重要战略意义。

  

基于网格技术  建设管理平台

  从2005年开始,在国家科技基础条件平台计划、中国气象局新技术推广项目、公益性行业(气象)科研专项等项目的大力支持下,国家气象信息中心联合部门内多个国家级、区域级、省级单位及部门外研究机构,引进吸收先进的计算网格思想和技术,建立了一个气象部门内全国范围分布的、跨广域网络的气象计算资源管理与共享平台,并进行了攻关研发,形成了一整套软件系统。

  平台建设全国一盘棋,国家、区域、省三级布局联动。平台的整体架构由位于国家级主节点和分布在全国不同地区的八个区域气象中心分节点组成,通过全国气象宽带网络连接起来。平台现已整合了分布在国家级和区域级中心的9个异构高性能计算机系统,总计算能力超过26TFLOPS,总存储能力达到150.58TB。

  平台建设中引进吸收了国际开放领先的网格中间件技术,进行了自主研发,在资源监视、资源动态调度、用户安全、交互访问、数据支持服务、数值预报模式插件等方面取得了多项软件研发成果。基于平台,已建立完整的区域中心/省级中尺度数值预报应用系统。根据武汉中心气象台、青海省气象台、云南省气象台等3个中西部资源匮乏用户的实际需要,先后建立了武汉中心MM5、青海MM5、云南GRAPES等3个模式预报业务系统。

  

稳定业务运行  应用减灾防灾

  气象计算资源管理与共享平台注重业务的转化应用,确保建设成果持续、长效地发挥作用。

  平台工作组先后制定了国家级和全国平台用户安全、资源管理、运行保障制度。国家级、区域级、省级等平台维护单位均把平台运行作为本地实时业务的一部分,安排专门技术人员负责平台设备、软件系统、门户系统和模式作业的运行。

  模式预报业务系统实现业务转化后,持续运行至今,为计算资源匮乏的气象预报人员提供了优质的数值预报产品,为当地的减灾防灾工作提供了有力的服务。

  2008年1月11日至2月2日,湖北省遭受了自1954年以来第二严重的长时间的低温雨雪冰冻过程。在这次抗击低温雨雪冰冻气象服务中,平台上的武汉区域气象中心MM5系统运行稳定,在6次降雪过程中,系统预报产品在降雪的增强和减弱、对过程的预报能力等方面,都表现良好,尤其对降雪落点和落区的预报都比较准确,为预报服务提供了重要参考。

  2008年11月1日至2日,云南出现2008年以来最强的一次全省性强降水过程。强降水引发多处山体滑坡、泥石流等次生灾害。此次降水处于当地汛期末,降水量级难以预报,远远超出了当地预报员的预报经验。平台上的云南GRAPES系统预报出了此次降水量级和范围,并准确预报出了这次强降水过程的主要落区,把楚雄州东南部和红河州南部的两个暴雨中心预报了出来,而且在楚雄州发生“11.2”特大地质灾害的区域预报了暴雨量级。参考了GRAPES系统的强降水预报,云南省台及时发布了强降水重要天气消息,为减少此次灾害过程所导致的人员伤亡、经济损失做出了重要贡献。

编辑:杨玲
 
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