数值天气预报(nwp)刀片解决方案

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1、数值天气预报（NWP）刀片解决方案摘要中国口今年以來，极端犬气气候事件的发生越來越频繁，也越來越明显，为了防灾减灾，中国政府已经把防御极端天气气候灾害置于应对气候变化的极端重要位置。所以对气象、环境、海洋方面的投入也越来越大，气象领域的项口将越来越多，而数值天气预报（NWP）在天气预报中占有的地位也越来越重要。在此基础上，曙光推出了自主研发的第二代高性能刀片服务器，结合以往几十套气象机的成功案例，曙光的高性能计算机必能在屮国防御极端天气气候灾害的预警篇章上书写上浓墨重彩的一笔。方案中心以询已经推出了基于MM5>WRF^Grapes解决方案以及中

2、尺度数值气象预报模式系统的整体解决方案。木方案主要基于曙光最新的TC2600刀片服务器和AMD最新的Barcelona四核处理器，为用户提供最高信价比解决方案。关键字：数值天气预报高性能计算机MM5WRFGRAPESAREMS1.数值天气预报数值天气预报（NumericalWeatherPrediction,NWP）是根据大气实际情况，在一定初值和边值条件下，通过数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预报未来天气的方法。和一般用天气学方法、并结合经验制作出来的天气预报不同，这种预报是定量和客观的预报。预报所用或所根据的方程组和

3、大气动力学中所用的方程组相同，即由连续方程、热力学方程、水汽方程、状态方程和3个运动方程（见大气动力方程）共7个方程所构成的方程组。方程组中，含有7个预报量（速度沿x,y,z三个方向的分量u,v,w和温度T,气压P,空气密度p以及比湿q）和7个预报方程。方程组屮的粘性力F,非绝热加热量Q和水汽量S—般都当作时间、空间和这7个预报量的函数。通过高性能计算机求解方程组，获得未來7个未知数的时空分析，即未來天气分布。数值天气预报与经典的以天气学方法作天气预报不同，它是一种定量的和客观的预报，止因为如此，数值天气预报首先要求建立一个较好的反映预报时段的

4、（短期的、中期的）数值预报模式和误差较小、计算稳定并相对运算较快的计算方法。其次，由于数值天气预报要利用各种手段（常规的观测，雷达观测，船舶观测，卫星观测等）获取气象资料，因此，必须恰当地作气象资料的调整、处理和客观分析。第三，由于数值天气预报的计算数据非常Z多，很难用手工或小型计算机去完成，因此，必须要用高性能的计算机。在中国，1982年开展数值预报业务。目前数值预报已经成为各种业务天气预报的最重要的基础和持续提高业务天气预报准确率的根木途径。在全球气候变化的大背景下，今年以来中国极端天气事件发生频繁，且呈多灾并发、点多而广的特点，并冇多项局

5、部地区灾害强度超过丿力史纪录。其屮包括南方暴雨洪涝，淮河流域性大洪水；北方多省局地强降川渝地区继去年有气象记录以來最严重干旱，今年又最强降雨；北方和南方同时出现长时间、大范围高温干旱；今年雷击致人死亡为历年之最。为了应对这种极端天气气候事件的发牛所带来的巨大损失，中国政府己经把防御极端天气气候灾害置于应对气候变化的极端重要位置。今后几年政府在气象、环境、海洋领域的投入将会越来越大，而做为国内高性能计算机领头羊的曙光服务器凭借在气象领域的大力投入和气象领域众多的成功案例，在灾害气候天气的减灾预警上必大冇可为。1.1.中尺度气象预报模式中尺度气象是

6、现代气象科学中发展迅速的一个重要分支，它所研究的大气中尺度运动，关系到区域重要灾害性天气的生消和发。它一方面应用卫星、雷达、风廓线仪和口动观测站等一系列新的探测工具，通过中尺度野外试验，揭示中尺度观测事实；另一方面通过屮尺度数值模式，对屮尺度天气过程进行深入的模拟研究和预报试验。随着近年来计算机技术的迅速发展，小尺度数值模式已H趋成熟，成为中尺度气象的一个重要的研究和应用手段。中尺度数值气象预报模式有许多，其中MM5是目前国内外应用最为广泛的模式，被广泛的应用于国内外各气象部门和相关机构。WRF模式是在MM5模式上发展起来的新一代屮尺度模式，它

7、将逐渐的替代MM5模式。GRAPES模式是屮国气彖局自主开发的新一代数值预报系统，它是屮小尺度与大尺度通用的先进数值预报系统，目前国内很多气象部门已经在对GRAPES进行研究和应用。AREMS模式是气科院武汉暴雨研究所牵头研制的模式，综合考虑了国内外数值模式屮复杂地形的处理方法，从而较适合于我国的地形特点，针对水汽过程的重要性和复杂性，建立了特有的水汽传输和显式云雨方案；对江淮流域暴雨过程的预报情况较好。1.1.1.MM5模式屮尺度气象预报模式MM5是由美国国家大气研究屮心(NCAR)和宾夕法尼亚州立大学联合开发的第5代小尺度天气预报模式。美国

8、国家大气研究中心和宾州大学从七十年代中期起研制中尺度数值模式MM4(早期为MM2),经过二十多年的不断改进和应用，先后形成了8个版本，这些版木已经被美