全球气象资料客观分析系统的分布式并行化

对已有的率行算法进行并行化，是一项很困难的工作。通过对全球气象资料客观分析系统率行算法的研究，提出了在MPP高性能计算机上的一种静态分配数据的分布式并行算法。该算法通过间隔选取分析盒子和模式格点纬圈行，将数据分配给不同的处理机实现分布式并行。该并行算法负载平衡好，并行效率高，而且并行化代价较低，具有良好的可扩展性。最后，给出了并行算法的性能测试结果。     

辨识方法的计算效率(2):迭代算法

讨论了最小二乘迭代辨识算法及其计算效率问题.最小二乘迭代算法由于涉及矩阵求逆运算,为减小计算量,提出了基于块矩阵求逆的最小二乘迭代辨识算法.基于块矩阵求逆的最小二乘迭代辨识算法不是一种新算法,只是从辨识算法的实现方式上降低计算负担,它与最小二乘迭代算法产生相同的参数估计,但计算量小.文中研究了伪线性回归系统、多元伪线性回归系统、多变量伪线性回归系统的最小二乘迭代辨识算法及其基于块矩阵求逆的最小二乘迭代算法.     

浅水波模式半拉格朗日方法的并行研究

该文研究的问题是分布式并行计算机消息传递方式下半拉格朗日并行算法, 重点研究二维浅水波并行模式中有关子区域过渡带(HALO)的问题和有关求解赫姆霍兹方程的并行算法。进行了一系列的对比试验, 研究在不同分辨率下模式的并行效率的问题。结果表明:采用分区域并行计算的方法, 可得到较好的并行效率。模式中使用半拉格朗日方法处理平流项是有利的, 在分辨率高时, 可有效地提高计算速度。     

并行技术在神威集合数值天气预报系统中的应用

文章讨论了基于神威巨型机的并行化集合数值天气预报系统中实现的各种并行算法, 性能分析结果表明并行方案最大限度的利用了神威机的处理器资源, 设计的并行算法效率较高, 满足了实时业务运行的时效要求。     

一种基于NoSQL的气象非结构化数据产品存储方法

基于一种面向气象非结构化数据产品的NoSQL存储方法,综合气象网格化数据产品的结构及其应用场景,设计了NoSQL中的列存储数据库,并通过优化表格存储方式提高存储、访问效率。根据数据产品的类型、时间、预报时效等信息,制定主键列,属性列和数据列,设计数据存储模型。对数据列大网格进行切分,用网格点序号标记数据列名,并制定数据压缩策略,从而提高数据访问的整体效率。以气象数值预报产品为例,利用阿里云的OTS产品进行模拟测试,结果表明,基于NoSQL技术的列存储数据库可以满足产品服务平台的数据支撑要求,为分布式数据、云计算等技术的推广应用提供参考。     

OpenMP在MM5中尺度模式中的应用试验

简要介绍了一种新的并行编程标准——OpenMP通过与其他几种并行编程标准的比较,了解其优越与不足之处。详细介绍了OpenMP在PSU/NCAR的中尺度模式MM5中的运用。分别用OpenMP并行方式与MPI并行方式在SGI Origin 2000上进行了并行效能测试。测试结果表明：OpenMP是一种简单、高效的并行编程标准,非常适合于气象科研与业务领域应用。     

基于并行可扩展科学计算工具集求解GRAPES全球非静力模式亥姆霍兹问题

亥姆霍兹方程是非静力平衡大气模式动力内核的主要计算瓶颈之一,其离散矩阵性态差,采用常见预条件Krylov迭代往往收敛很慢。随着全球非静力平衡大气模式时空分辨率的不断提高,亥姆霍兹方程求解面临求解精度和计算时间的双重困难。在高分辨率情况下,迭代计算步数和计算量剧增,而且很多传统的预条件迭代求解方法不收敛,迫切需要研究收敛性和并行可扩展性兼备的预条件迭代方法。为此,在安腾机群上建立了基于并行可扩展科学计算工具集(PETSc)的GRAPES全球非静力平衡模式亥姆霍兹问题并行解法器对比研究平台,结合高性能预条件库(hypre),完成了对GRAPES在用解法器、代数多重网格、并行不完全LU分解(EUCLID)及加性Schwarz区域分解等一系列克雷洛夫预条件迭代的分析对比。结果显示PETSc结合高性能预条件库的并行方案是解决GRAPES模式三维亥姆霍兹方程高效并行计算的一个有效途径,其中以代数多重网格预条件迭代的性能最突出;并行加速比分析显示,代数多重网格预条件迭代的并行可扩展性明显优于GRAPES现有解法器,更适用于更高精度和较大规模并行计算。     

遥感大数据分布式技术研究与实现

面向卫星遥感海量数据,针对其数据量的急速增长,对数据分析、价值挖掘提出了全新的挑战,引入驱动大数据应用的分布式模式,建立了适应卫星遥感大数据的网格模型,打破了数据的时空割裂和限制,数据可以作为整体进行存储、计算和应用,模型设计的网格、时间片、物理层的基本结构,可以保证未来云计算的实施。该文提出了基于希尔伯特曲线的网格散列算法,以此建立的分布式系统具有优异的并行读写性能和良好的负载均衡能力;遥感大数据分布式系统,实现了数据的高速分布式并行读写,支持数据的精确时空匹配和动态获取,整个系统的扩展能力可以达到线性增长,系统基于通用软硬件平台实施,实现卫星遥感大数据灵活、按需和简便的应用。     

辨识方法的计算效率(3):信息向量耦合算法

简单讨论了行列式、矩阵逆和块矩阵逆的计算量;研究了信息向量耦合型多变量系统的子系统递推最小二乘辨识方法,给出了计算量小的联合递推最小二乘辨识算法;研究了部分信息向量耦合型多变量系统的子系统最小二乘辨识算法,提出了计算量小的基于块矩阵求逆的最小二乘辨识算法;给出了部分信息向量耦合型多变量系统的子系统递推最小二乘辨识算法,提出和推导了基于辨识模型分解的递推最小二乘辨识算法,并分别讨论了提出算法的计算量.     

移动型套网格台风路径预报模式的初步试验

数值预报中的套网格方法,国外已经用于实际业务工作。套网格有二种方式:一种是粗、细网格分别计算,在积分过程中细网格的边界值由粗网格的预报值不断更新,它只存在一个方向的影响;另一种是粗、细网格分别预报,不仅细网格的边界值取自粗网格的预报值,同时细网格的预报值还要传递给粗网格,即存在着二个方向的相互作用。目前大量使用的是第一种方式的套网格。针对一些特殊的天气系统如台风等,还设计了移动型套网格模式。     

基于Mesh的电力无线多跳高效传输技术研究

针对电力无线通信网络多跳传输不可靠的问题,提出了一种基于Mesh的免重传的多跳高效传输技术.该技术在源节点、接收节点之间布设备份节点,设计全新的免重传协议,使得所有节点根据监听/接收到的ACK/NACK信息自动识别自己的下一步状态,从而在不增加任何网络信令开销的情况下,有效降低了每个数据块的平均传输总次数,提升了电力无线通信网络的深覆盖、低时延、高可靠的业务传输能力.最后通过仿真计算得出,随着误块率的增大,免重传多跳高效传输技术的平均传输总次数较传统方案得到了明显改善,即明显降低平均端到端时延,具有很好的实际应用价值.     

CINRAD/SA雷达对Parsivel激光粒子谱仪的干扰及处理技术

针对黄山光明顶的Parsivel激光降水粒子谱仪在实际观测中出现的问题,给出了可行的解决方法.仪器自动连续观测以来每天09:00-16:00采样数据均出现异常谱,经排查发现这个时段恰好是CINRAD/SA雷达观测时段,所以考虑异常数据由雷达电磁辐射或周围电磁场的影响造成,并简要探索了其影响原因.根据金属可以屏蔽电磁波的性质,在确保钢丝网完全屏蔽雷达的电磁辐射下,考虑尽量不影响仪器周围的流场结构且易于固定等因素,经过多次试验,最终选定在雷达方向靠近雨滴谱仪器约3 m处安放钢丝网,完全屏蔽了雷达观测时对仪器的辐射,保障了观测资料的可靠性.     

利用多时刻资料作低纬地区风场同化的试验

本文讨论了在低纬地区利用多时刻风的观测资料作资料同化的一些试验结果。在资料同化过程中,采用经验正交迭代法。有两种组成资料矩阵的方法。一是把风的两个分量分别作为两个资料矩阵的元素,另一个是把两个分量作为同一资料矩阵的元素。对这两种方法的试验和比较表明,后者比前者有更好的结果。资料同化所得到的风场,可用于客观分析。     

Statistical characterizations of rainfall structure over two tropical stations in southern India for microwave communication

Statistical characterizations of rainfall structure over two tropical stations in southern India are reported in this paper based on the 2-year rainfall data. The statistical characterizations has been based on cumulative distribution function, exceedance of threshold values, dependence of the intensity of rainfall on the event duration, seasonal variability, and worst months concept as well as diurnal variability. These results are needed to give the detailed insights to the system designers for the development of communication gadgets needed for better service, serve as a vital tool to estimate signal outages in a year over the region and for proper planning of radio communication in the region. Finally, the study shows that the recent International Telecommunications Union Recommendations (ITU-R) value underestimated rain rate for 0.01% exceedance for the two locations.     

自适应网格模式在暴雨数值模拟中的应用

基于变分原理，自适应网格技术能根据数值模式的特点，在模式解梯度大的地区自动加密网格，提高模式的分辨率。将其应用于MM4模式中，采用多重网格法以加速自适应网格的生成。对1996年8月4日至5日发生在华北的特大台风暴雨过程，用自适应网格模式和均匀网格模式进行了数值模拟和动力诊断分析，以研究自适应网格模式在天气预报和模拟应用中的特点。试验表明，采用自适应网格后计算稳定，对所关心的天气系统及其降水的模拟精度均高于均匀网格模式，对形势场、风场的模拟精度也有明显改善。     

GPRS/CDMA无线通信技术在GPS数据传输中的应用

GPRS/CDMA作为移动通信2.5代的技术是一种成熟的行业专业数据无线传输手段。该技术具有永远在线、快速登录、按量收费等优点。从2004年10月开始,北京市气象局采用GPRS/CDMA无线通信技术开发了一套地基GPS大气水汽遥测网远程数据通信和控制系统,替代了原有的基于公众电话交换网和调制解调器的远程通信与控制系统。新开发的系统实现了准实时、全自动的数据传输功能,设备可靠性高,维护方便,安装简易。目前该系统已正式投入日常业务运行。     

应用于双向套网格模式的一种变格距差分解法

本文提出了一种用于双向套网格模式的变格距差分计算方案。该方案在不同格距的网格区采用不同精度的差分格式，它自然地连接粗细网格，避免了一般套网格方案在粗细网格相重合点上进行的重复计算。用解析法和数值试验证明了:它与其它一些变格距差分格式相比，对短波的穿透能力有明显改进，虚假的反射也较小。应用该方案建立了正压原始方程双向套网格模式，并采用空间分解和时间分解计算方法。这不仅使二维问题转化为二个一维问题，而且二维套网格也可简化为一维均匀网格和一维套网格两部分，从而使计算和程序简化。用理想场为初值所做的一系列数值试验表明，该模式中的波可以自由进出粗细网格区，计算稳定。最后，还用该模式做了台风路径预报试验，给出了一些试验结果。     

浪涌气象数据采集系统及其关键技术

针对无人值守大规模自动气象站的数据采集特点和要求,基于无线通信网络,设计了一种浪涌气象数据采集系统,并对其关键技术进行了深入讨论.首先,分析了系统数据传输的协议结构及存在的问题,设计了基于UDP协议的可靠应用协议,并就其工作过程及可靠性传输进行了详细的讨论,解决了无线数据传输的不稳定性问题;然后,利用多线程技术和大规模通信事件响应处理技术,提出了实现数据接收线程池的方法,通过引入"数据分区管理"的概念,论述了数据并发处理缓冲区的设计,解决了大并发系统容易丢失数据、堵塞和低效率等问题;最后,通过对系统测试及其在业务中应用的分析,表明该系统实时、高效、可靠,能满足目前业务的需求,并对未来业务的发展具有同样的适应性.     

基于KKT条件的稀疏编码算法收敛性研究

本文提出了基于KKT条件的稀疏编码算法.首先,将非凸非光滑的稀疏编码问题分解成两个凸非光滑问题;然后,巧妙地运用两个矩阵使两个凸非光滑问题转换成三个光滑凸优化问题,并通过KKT条件对三个问题进行求解,再通过凸优化理论证明三个问题在其对应规则下是非增的.最后,实验结果验证了算法的收敛性.