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武汉大学学报（信息科学版） 2020年第9期45卷 1395-1402页

作者：何元庆陈旻乐松山黄丙湖宋杰马载阳王进中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266580 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210023 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心江苏南京210023

在开放式Web环境中,模型服务化共享促进了陆地碳循环模型的发展,然而海量的计算数据导致模型计算缓慢,现有模型服务化方案难以满足其计算需求。为了解决这一问题,提出了一种面向陆地碳循环模型服务的去中心化计算方法。该方法主要思想... 详细信息

在开放式Web环境中,模型服务化共享促进了陆地碳循环模型的发展,然而海量的计算数据导致模型计算缓慢,现有模型服务化方案难以满足其计算需求。为了解决这一问题,提出了一种面向陆地碳循环模型服务的去中心化计算方法。该方法主要思想是基于现有模型服务化方案,通过增加计算节点的方法以缓解陆地碳循环模型计算压力,主要包括陆地碳循环模型服务准备和陆地碳循环模型分布式运行两个步骤。基于此设计了任务分割和派发策略将复杂计算任务离散化并派发至计算节点进行运算。将设计的方法应用到3个典型陆地碳循环模型的计算中,验证了该方法的可行性,提高了陆地碳循环模型的计算速度。

关键词：陆地碳循环模型服务化去中心化计算虚拟地理环境

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陆地碳循环模型的开放式对比系统构建方法研究

陆地碳循环模型的开放式对比系统构建方法研究

引用

作者：沈超然南京师范大学

学位级别：硕士

陆地碳循环模型是估计和预测不同尺度碳收支分布格局和变化趋势的重要手段。随着陆地碳循环模型的发展,其类型越来越多样,机理越来越复杂,在应用时往往难以选择。对此,国际上开展了多次陆地碳循环模型对比计划,一些研究机构针对陆地碳... 详细信息

陆地碳循环模型是估计和预测不同尺度碳收支分布格局和变化趋势的重要手段。随着陆地碳循环模型的发展,其类型越来越多样,机理越来越复杂,在应用时往往难以选择。对此,国际上开展了多次陆地碳循环模型对比计划,一些研究机构针对陆地碳循环模型的对比发布了相关软件工具,陆地碳循环模型的对比成为当前研究的热点。但陆地碳循环模型的对比方案在公平公开性、可重现性和可重用性上仍然存在着一些不足,需要进一步研究。本文以陆地碳循环模型在网络环境下的开放式对比为导向,紧扣模型对比过程中的两个难点,即对比方案的公平公开和可重用,以陆地碳循环模型、数据和对比方法的服务化为切入点,通过科学工作流引擎驱动模型服务、数据服务和对比服务之间的集成调度,实现开放式网络环境下的模型对比,为陆地碳循环模型的对比提供了新的思路。本文主要研究内容和成果如下:(1)陆地碳循环模型开放式对比系统架构构建。面向陆地碳循环模型开放式对比的需求,设计了公平公开的、可重用的对比方案,包括“对比主题——对比工程——对比任务”三层。面向陆地碳循环模型和数据不断涌现和更新迭代的现状,设计了可扩展性高、灵活性强、稳定性强的分布式系统架构,支持新的陆地碳循环模型和验证数据集参与对比。(2)陆地碳循环对比资源组件。针对陆地碳循环模型对比过程涉及到的模型资源、数据资源和对比方法资源,通过“异构性分析——结构化描述——标准化封装——资源部署——服务发布”这一流程实现各种资源的组件化,将陆地碳循环模型资源、数据资源和对比方法资源转化为可重用的网络服务。其中,数据服务包括WMS/WCS/WFS空间信息服务、数据上传下载服务和数据重构服务;模型服务包括IBIS、Biome-BGC和LPJ模型服务;对比服务包括统计学对比服务和可视化对比服务。这些组件化的资源为开放式对比系统提供了接入更广泛模型和数据资源的能力,同时为陆地碳循环模型的开放式对比提供了公开透明的对比资源。(3)陆地碳循环模型对比引擎构建。面向陆地碳循环模型在对比时模型服务、数据服务和对比服务间的任务调度需求,设计模型对比科学工作流引擎,并基于此对不同类型的服务进行流程控制,进而实现陆地碳循环模型的开放式对比。本文针对陆地碳循环模型开放式对比面临的实际问题,设计了对比流程公开的、对比结果易于重现的、对比方案可重用的陆地碳循环模型对比系统,为陆地碳循环模型的对比提供了新的途径。

关键词：陆地碳循环模型开放式模型对比网络服务服务集成

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陆地碳循环模型的分布式并行运行方法研究

陆地碳循环模型的分布式并行运行方法研究

引用

作者：张博文南京师范大学

学位级别：硕士

随着近年来全球变暖、温室效应等问题的日益严重,探索气候变化机理、预测气候变化趋势成为了学界重点研究的方向。陆地碳循环模型以陆地生态系统为对象进行碳循环过程的模拟与计算,在探究圈层间碳循环机理,预测未来气候变化等方面发挥... 详细信息

随着近年来全球变暖、温室效应等问题的日益严重,探索气候变化机理、预测气候变化趋势成为了学界重点研究的方向。陆地碳循环模型以陆地生态系统为对象进行碳循环过程的模拟与计算,在探究圈层间碳循环机理,预测未来气候变化等方面发挥着不可替代的作用。然而,随着陆地碳循环模型的持续发展,模型的计算过程越来越复杂,传统的单机运算方式难以满足模型所需的高计算能力。为了解决模型运行问题,目前研究者普遍采用模型内部硬编码方式和基于MPI并行标准的方式来实现模型的并行化计算。然而这些模型并行计算方法所依赖的并行化工作量大,计算资源要求较高,难以形成一套易用的、可配置的模型并行运行解决方案。现今在并行计算的实现方案中,云计算等利用网络闲置计算资源进行并行计算的分布式网络环境下的计算方式正逐步发展,能够为复杂模型计算提供大量计算能力,降低并行计算门槛。本文以陆地碳循环模型的并行运行为研究目标,从模型并行运行中的两个关键要素:模型并行计算与模型集群部署出发,基于分布式网络环境下的并行技术,设计了陆地碳循环模型的分布式并行计算方法与集群部署方法。在分布式并行计算方面,针对模型的数据存储与并行计算的需求,设计了模型的分布式数据存储方案与并行计算方案;在分布式部署方面,针对模型部署困难、集群间通信方式不一的问题,设计了模型并行集群的虚拟化部署方案和模型并行集群间的通信方案。本文的研究内容与主要成果如下:(1)陆地碳循环模型的分布式并行计算方法。不同于传统的模型集群并行计算方式,本文基于云计算的跨集群计算方式,充分利用网络计算资源,降低并行计算资源门槛。针对模型分布式计算中模型数据存储与模型并行计算两个关键难点,设计了模型的分布式数据存储方案与模型的分布式并行计算方案。在数据存储方面,基于模型数据特征设计了多源数据的标准化方案,基于HDFS分布式存储框架设计了模型数据的分布式存储策略,为提高模型数据的存取效率提出了相应的优化方案。在计算方面,基于模型的计算特征提出了面向并行的模型计算任务分割方法,基于Spark分布式并行框架设计了模型的分布式并行计算策略,并对模型的并行性能与资源调度策略进行了优化。(2)陆地碳循环模型的分布式集群部署方法。针对模型集群部署中模型环境和集群并行环境复杂、部署难度大、分布式集群并行通信困难的问题,设计了模型集群的虚拟化部署方案与模型集群的通信交互方案。在虚拟化方面,基于Docker虚拟化部署技术,设计了模型运行环境与集群并行环境的自动化构建方案。在通信方面,为了解决虚拟模型容器间通信与分布式集群间通信问题,设计了基于虚拟网络的容器间通信方案与基于调度器与执行器的分布式并行集群间通信方案,实现模型在分布式环境中的快速部署与稳定通信。本文从模型在并行运行中的计算与部署角度出发,探究了模型的分布式计算方法与分布式部署方法。在计算方面,设计了模型的分布式数据存储方案与分布式并行计算方案;在部署方面,设计了模型的部署虚拟化方案与通信方案。解决了模型分布式并行运行的关键难点,为模型在分布式环境中的并行计算与集群部署提供了一套完整的解决方案。

关键词：陆地碳循环模型并行计算分布式网络 Spark HDFS

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植物叶片最大羧化速率与叶氮含量关系的变异性

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植物生态学报 2014年第6期38卷 640-652页

作者：闫霜张黎景元书何洪林于贵瑞南京信息工程大学应用气象学院南京210044 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室 CERN综合研究中心北京100101

叶片最大羧化速率是表征植物光合能力的关键参数,受到光照、温度、水分、CO2浓度、叶片氮含量等多个要素的控制。准确地模拟植物叶片最大羧化速率对环境因子的响应是预测未来植被生产力和碳循环过程的前提。目前大多数陆地碳循环过程模... 详细信息

叶片最大羧化速率是表征植物光合能力的关键参数,受到光照、温度、水分、CO2浓度、叶片氮含量等多个要素的控制。准确地模拟植物叶片最大羧化速率对环境因子的响应是预测未来植被生产力和碳循环过程的前提。目前大多数陆地碳循环过程模型以Farqhuar光合作用模型为基础模拟植物的光合作用,关于植物叶片的最大羧化速率与叶氮含量关系的模拟方法却各不相同。该文汇总了1990–2013年国内外植物叶片光合速率观测研究文献中叶片最大羧化速率与叶氮含量的关系式及相关数据,分析了叶片最大羧化速率与叶氮含量关系随不同植被功能型和时间的变化特征,以及环境因子变化条件下最大羧化速率与叶氮含量关系的变化特征,探讨了二者关系变异性的可能原因以及影响因子。结果表明:1)不同功能型植物叶片的最大羧化速率和叶氮含量的关系存在较大差异,二者线性关系式的斜率平均值变化范围为16.29–50.25μmol CO2·g N–1·s–1。落叶植被叶片的最大羧化速率随叶氮含量的变化率和光合氮利用效率一般都高于常绿植被,其变异主要源于植物的比叶重和叶片内部氮素分配的差异。2)叶片最大羧化速率随叶氮含量的变化存在季节和年际变异。在没有受到水分胁迫的年份中,叶片最大羧化速率随叶氮含量变化的速率一般在春季或夏季最高,其季节变异与比叶重和叶氮在Rubisco的分配比例的季节变化有关。受到干旱的影响,叶片最大羧化速率随叶氮含量的变化率会升高。3)当大气CO2浓度增加时,由于叶片中Rubisco含量的降低,多年生针叶叶片最大羧化速率和叶氮关系斜率值会出现降低;当供氮水平增加时,叶片最大羧化速率和叶片氮含量均表现出增加趋势,二者线性关系的斜率也相应增加。在此基础上,该文指出在模拟叶片最大羧化速率与叶氮含量的关系时,应考虑叶片比叶重和叶氮在Rubisco中的分配比例的季节变异、水分胁迫、大气CO2浓度和供氮水平变化对二者关系的影响。囿于数据的有限性,今后应进一步加强多因子控制实验研究,深入探讨叶片最大羧化速率与叶氮含量关系的变异性机理,并获得更系统的观测数据,以助生态系统过程模型的改进,提高模型的模拟精度。

关键词：叶片氮含量叶片最大羧化速率植物光合作用陆地碳循环模型

来源：评论

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