检索结果-内蒙古大学图书馆

计算机学报 2018年第10期41卷 2221-2235页

作者：李镔洋李波钱德沛北京航空航天大学计算机学院北京100191

海冰模式是地球模式的重要组成部分,其使用不同的网格和时间梯度来模拟海冰区域随时间的变化.海冰模式具有计算密集的特性,随着海冰模式计算精度的提升,传统的硬件已难以满足其计算需求.申威太湖之光超级计算机是第一台峰值性能超过100P... 详细信息

海冰模式是地球模式的重要组成部分,其使用不同的网格和时间梯度来模拟海冰区域随时间的变化.海冰模式具有计算密集的特性,随着海冰模式计算精度的提升,传统的硬件已难以满足其计算需求.申威太湖之光超级计算机是第一台峰值性能超过100Pflops的超级计算机,其为高精度的海冰模式过程模拟提供了新的硬件平台,但在该平台上实现算法高效并行化仍面临着诸多问题.一些应用程序已经在众核平台上实现移植和并行化,但是相比其他领域,气候软件在众核平台移植和并行化的过程相对缓慢.有关气候模式在众核平台的并行化研究大多基于GPU实现.早期的研究多基于单个气候运算过程,该过程通常为计算密集型程序,通信过程相对较少,基于GPU的实现可以取得较好的并行效果.与单一的运算过程不同,海冰模式程序需要与多个气候模式进行交互,如何减少通信过程开销以及如何充分利用申威处理器所提供的并行性能是我们遇到的主要问题.为解决这一问题,该文基于申威众核处理器,设计了一种针对海冰模式算法移植和并行化的方法.每个申威众核处理器包含有4个核组,每个核组包含有一个管理核心和64个计算核心.为充分发掘申威众核处理器的并行特性,该方法分别对海冰模式数据分割方式,数据传输过程以及计算方式进行了改进和优化.该文利用该方法对海冰模式的两个算法进行了移植和并行化,并使用CICE测试数据集和COREv2数据集对该方法的性能进行测试.实验表明,并行优化后的两个算法相较其只在管理核心上运行分别可获得11.6倍和9.8倍的性能提升,且与基本并行化方法相比,该方法最高可获得40%的性能提升.

关键词：申威众核处理器海冰模式数据传输数据分割计算方式

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海冰模式中融池参数化方案的伴随模式参数估计

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极地研究 2021年第2期33卷 209-221页

作者：陆洋王晓春南京信息工程大学海洋科学学院南京210044

融池是影响北极海冰变化的重要因子。但在目前广泛使用的海冰模式CICE6.0中,融池模拟与观测存在较大差异。CICE6.0中的CESM融池参数化方案可以计算融池覆盖率与深度,但其中的部分重要参数存在一定的经验性,影响了融池模拟。本研究为CICE... 详细信息

融池是影响北极海冰变化的重要因子。但在目前广泛使用的海冰模式CICE6.0中,融池模拟与观测存在较大差异。CICE6.0中的CESM融池参数化方案可以计算融池覆盖率与深度,但其中的部分重要参数存在一定的经验性,影响了融池模拟。本研究为CICE6.0海冰模式的CESM融池参数化方案开发了伴随模式,利用CICE6.0海冰模式、融池伴随模式和L-BFGS极小化算法,使用一年冰及多年冰区域的MODIS卫星融池覆盖率观测数据,对CESM参数化方案中的融池纵横比参数进行了分时段分区的参数估计。结果表明:使用伴随模式可以有效地对融池参数进行估计;得到的融池参数随时空变化,符合融池过程时空变化强烈的特征;估计的参数值用于模拟,减小了融池覆盖率的模拟误差,与MODIS观测更为一致。

关键词： CICE6.0 海冰模式融池参数化方案伴随模式参数估计北极

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海冰模式和数值预报

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海洋预报 1999年第3期16卷 85-96页

作者：吴辉碇李海白珊张占海国家海洋环境预报中心

根据渤海冰情，在海冰动力学和热力学研究基础上，提出一种海冰动力一热力模式。该模式包括平整冰、堆积冰和开阔水三要素，采用粘一塑性本构关系计算冰内应力。利用参数化方法处理变形函数和热力增长率。该冰模式与潮流模式耦合研究渤... 详细信息

根据渤海冰情，在海冰动力学和热力学研究基础上，提出一种海冰动力一热力模式。该模式包括平整冰、堆积冰和开阔水三要素，采用粘一塑性本构关系计算冰内应力。利用参数化方法处理变形函数和热力增长率。该冰模式与潮流模式耦合研究渤海冰－潮相互作用，并与ＥＣＯＭ－Ｓｉ海洋模式耦合进行预报试验。该冰模式与大气模式联接，或应用气象部门数值天气预报产品进行海冰业务数值预报。本文还给出了预报结果。

关键词：海冰模式冰-海洋耦合模式数值天气预报

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适应极地快速变化海冰模式的研发与挑战

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大气科学学报 2021年第1期44卷 12-25页

作者：刘骥平雷瑞波宋米荣徐世明季顺迎苏洁李志军王晓春朱珠杨朝渊 Department of Atmospheric and Environmental Sciences University at AlbanyState University of New YorkAlbany 12222 中国极地研究中心自然资源部极地科学重点实验室上海200136 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 清华大学地球系统科学系北京100084 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023 中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044 中国科学院大学北京100049 中山大学大气科学学院广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519080

极地海冰是地球气候系统的重要组成部分,也是气候环境变化的指示器和放大器。极地海冰复杂的多尺度物理过程和极地观测资料的匮乏,给海冰模式的研发带来了巨大的挑战。在过去的半个多世纪中,大气-海冰-海洋的复杂相互作用和冰内物理过... 详细信息

极地海冰是地球气候系统的重要组成部分,也是气候环境变化的指示器和放大器。极地海冰复杂的多尺度物理过程和极地观测资料的匮乏,给海冰模式的研发带来了巨大的挑战。在过去的半个多世纪中,大气-海冰-海洋的复杂相互作用和冰内物理过程在海冰模式中的数学描述取得了重大的进展,但海冰模式对一些重要物理过程的描述仍很不完善,尤其是近年来极地海冰的快速变化及其物理特性的变化,极大地增加了海冰模式物理参数化方案和模拟结果的不确定性。因此,迫切需要具备完善物理过程、适应海冰多尺度快速变化的高分辨率海冰模式,并应用于全球气候变化的研究和预测以及极地的开发利用。本文从海冰模式的发展历程和现状、极地海冰快速变化给海冰模式带来的挑战以及适应极地快速变化海冰模式的改进和发展研究方向三个方面进行了阐述和讨论。

关键词：极地海冰海冰模式多尺度快速变化热力和动力参数化

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海冰模式中的辐射方案研究

海冰模式中的辐射方案研究

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作者：谢宏佐南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文首先利用1999年3月19～26日的NCEP/NCAR再分析数据集逐日地面资料和9种长波辐射方案，计算了表面温度、气温、比湿、海平面气压、总云量并引用了波罗的海观测资料与计算结果进行对比；然后利用国家气候中心气候系统模式(BCC_CSM1.0... 详细信息

本文首先利用1999年3月19～26日的NCEP/NCAR再分析数据集逐日地面资料和9种长波辐射方案，计算了表面温度、气温、比湿、海平面气压、总云量并引用了波罗的海观测资料与计算结果进行对比；然后利用国家气候中心气候系统模式(BCC_CSM1.0)所进行的试验得到了两组一百年的单通道和多通道太阳短波试验资料，分析了模式的海冰厚度、海冰密集度、海冰反照率资料。分析表明：\n 云量对长波辐射的计算精度有重要的影响，云和下垫面状况对辐射计算十分重要，简单的线性云量参数化方案也有待改进，为此需要进一步获得高精度的辐射和云层观测资料。\n 两个方案南/北半球的海冰密集度模拟结果总体相似，模拟结果相似程度冬季比夏季高。\n 反照率、海冰密集度、海冰厚度和太阳短波辐射几个变量两种方案的模拟曲线变化趋势均基本一致，单通道的结果普遍比多通道结果略大。\n 反照率愈小，则单位入射短波辐射被反射出去的一部分则愈小，那么海冰表面吸收下来的太阳短波辐射就愈大，从而海冰容易化掉，海冰密集度和厚度则愈小；反之亦然。反照率与海冰密集度和厚度之间存在一个正反馈关系。

关键词：海冰模式长波辐射观测资料海冰密集度

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SIS海冰模式中两种盐度参数化方案的差异

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极地研究 2010年第1期22卷 23-32页

作者：王庆元李清泉王兰宁南京信息工程大学南京210044 国家气候中心北京100081 天津市气象台天津300074

详细介绍了Sea Ice Simulator(SIS)海冰模式中引进两种盐度参数化方案即等盐度方案和盐度廓线方案对海冰模拟所存在的差异。利用盐度廓线方案导出的表征盐度与海冰温度间关系的方程比等盐度方案多出一项,将该项定义为盐度差异项。盐度... 详细信息

详细介绍了Sea Ice Simulator(SIS)海冰模式中引进两种盐度参数化方案即等盐度方案和盐度廓线方案对海冰模拟所存在的差异。利用盐度廓线方案导出的表征盐度与海冰温度间关系的方程比等盐度方案多出一项,将该项定义为盐度差异项。盐度差异项对海冰厚度的热力作用表现为:在海冰厚度增长季节(11月到次年5月),盐度差异项通过升高海冰内部温度,抑制海冰增长;在消融的第一阶段(6—8月),盐度差异项通过升高海冰内部温度加快海冰消融;在消融的第二阶段(9—10月),盐度差异项通过降低海冰内部的温度抑制海冰消融。但尺度分析表明,盐度差异项要比方程中对海冰温度作用最大项小1—2个量级,如果采用一级近似,可以略去盐度差异项,因此盐度差异项对与海冰增长和消融影响很小。同时利用GFDL中心研制的冰-洋耦合模式Modular Ocean Model(MOM4),分别采用两种盐度参数化方案模拟北极海冰厚度和海冰密集度的季节性变化,模拟结果也表明两种方案模拟得到的海冰厚度和海冰密集度的季节性变化相差甚小。

关键词：北极海冰模式盐度参数化方案

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用于气候研究的海冰模式

用于气候研究的海冰模式

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作者：刘钦政青岛海洋大学

学位级别：博士

该文总结了国内外有关海冰与大气和海洋相互作用以及有关海冰热力动力过程研究成果.在此基础上,对用于气候研究的海冰模式的特点和性能进行了分析,分析了海冰对海洋大气势力动力强迫响应的稳定性和敏感生,并利用海冰热力学模式、热力动... 详细信息

该文总结了国内外有关海冰与大气和海洋相互作用以及有关海冰热力动力过程研究成果.在此基础上,对用于气候研究的海冰模式的特点和性能进行了分析,分析了海冰对海洋大气势力动力强迫响应的稳定性和敏感生,并利用海冰热力学模式、热力动力耦合模式、冰-海洋联合模式和耦合模式对全球海冰进行了模拟试验.

关键词：气候海冰模式

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近年来国外海冰模式发展的回顾

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南京气象学院学报 2003年第3期26卷 424-432页

作者：王学忠孙照渤胡邦辉南京气象学院大气科学系江苏南京210044 解放军理工大学气象学院江苏南京211101

海冰是气候系统中的重要成员 ,而海冰模式是描述海冰物理过程、模拟和预报海冰演变的有力工具。根据国外发表的文献 ,对海冰模式从动力学、热力学和厚度分布三个方面的研究进行了回顾 ,对海冰模拟的研究具有一定的借鉴作用。

关键词：气候系统海冰模式热力模式动力模式厚度分布

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伴随模式在CICE6海冰模式中的应用

伴随模式在CICE6海冰模式中的应用

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作者：王雄南京信息工程大学

学位级别：硕士

地球气候系统模式通常都包含大气、海洋、陆面、海冰等分量模式。海冰模式是地球系统模式中一个重要的分量模式,但是其发展相较于其他的模式而言相对较为缓慢。在过去的几十年中,海冰模式中的热力学和动力学过程的描述都有了较为迅速的... 详细信息

地球气候系统模式通常都包含大气、海洋、陆面、海冰等分量模式。海冰模式是地球系统模式中一个重要的分量模式,但是其发展相较于其他的模式而言相对较为缓慢。在过去的几十年中,海冰模式中的热力学和动力学过程的描述都有了较为迅速的发展,但是一些次网格的物理过程依旧需要参数化的方式来进行模拟。受限于物理过程描述的不准确以及实地观测资料的制约,海冰物理过程中的参数依旧存在着很大的不确定性。通常这些海冰中的关键参数,需要大量的数值敏感性实验来确定,这一过程复杂且繁琐,且通常仅能得到一个优化后的参数范围,使用这一方法调整参数有许多不便之处。另外一种确定关键参数的方式是伴随模式方法。本文将伴随模式用于CICE6海冰模式中TOPO融池参数化方案中参数调整与优化。考虑到人工编写代码得到伴随模式代码需要耗费大量的人力资源,且若模式代码发生改变,相应的伴随代码就要再次改写。本文将自动微分工具与原有模式相结合,验证将自动化工具用于CICE6海冰模式的可行性;随后对海冰模式中融池参数化过程中的参数进行调整,并将调整过后的参数用于模式模拟,评估参数改进后对融池模拟和其他海冰特性模拟的影响。为了适应自动微分工具,改写了部分模式代码;通过编写的Shell脚本,实现伴随代码的生成、错误与异常情况的处理、将伴随代码与原模式代码进行整合的自动化。以海冰模式中热力学部分和辐射传输部分为例,将生成的切线性模式和伴随模式分别进行了检验,验证了自动微分工具在CICE6海冰模式中的可用性。为了选定TOPO融池方案中需要优化的参数,构建基于伴随的敏感性实验,确定了融水流失比参数是多个待选参数中敏感性最强的参数。将原有的TOPO融池参数化方案代码、相应的伴随代码与LBFGS极小化算法相结合,通过代价函数得到了参数优化方案。以原有的参数设置对模式进行积分,并假定得到的模式结果为“真值”,对参数优化方案的正确性进行了评估,结果显示,参数优化方案是有效的。在上述优化方案的基础上,使用MODIS反演得到的融池覆盖率资料,选取北极一年冰(FYI)和多年冰(MYI)两个区域,得到了不同区域、不同时间下的参数估计值,并将估计得到的参数重新用于海冰模式中。结果显示,使用优化参数得到的模拟结果相较于默认参数的结果更为接近观测值。证明这一参数优化方案可以用于海冰模式中参数的调整,从而优化模式模拟表现。

关键词：伴随模式自动微分参数估计融池参数化方案海冰模式

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海冰模式中长波辐射方案的比较研究

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科技信息 2009年第9期 25-26页

作者：谢宏佐李清泉王兰宁南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 国家气候中心中国北京100081

本文研究了海冰热力模式中的九种长波辐射参数化方案,并利用波罗的海观测资料对长波辐射通量进行比较分析。结果表明,长波辐射参数化方案的计算结果受环境因素影响;云量对每一个方案的计算精度都有着重要的影响;云量参数化有待进一步改进。

关键词：长波辐射参数化海冰模式波罗的海

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