基于局地集合变换卡尔曼滤波的全球海洋资料同化系统设计及算法加速

论文摘要

通过对局地集合变换卡尔曼滤波(LETKF)算法的计算时间复杂度的完整分析,发现计算集合空间分析场误差协方差的逆矩阵这一过程计算量最大,耗时最长。且在并行计算环境下,该步骤CPU计算量分配不均是影响计算效率的直接原因。为解决这一问题,采用"贪心算法"设计了一套新的负载均衡策略,并使用该策略开发了一个基于LETKF和并行海洋模块2(POP2)的高性能并行海洋资料同化系统。将2004年1～2月日平均的最优插值海表温度资料(OISST)和同时期的Argo温盐剖面资料同化进入POP2。结果表明,同化有效降低了温度和盐度的均方根误差。同时,在不改变计算结果的前提下,相比原始同化系统,新系统计算性能提升1倍。在更高分辨率(0.1°×0.1°)下,该系统的计算性能仍然可以提升1倍,说明新设计的负载均衡方案稳定可靠。该方案具有很强的可扩展性和移植性,在业务预报中有广泛的应用前景。

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文章来源

类型: 期刊论文

作者: 范峥,李宏,刘向文,徐芳华

关键词: 海洋资料同化,局地集合变换卡尔曼滤波,负载均衡策略,高性能

来源: 地球科学进展 2019年05期

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室,中国气象局国家气候中心

基金: 国家重点研发计划项目“基于高分辨率气候系统模式的无缝隙气候预测系统研制与评估”(编号:2016YFA0602100)资助~~

分类号: P456.7

页码: 531-539

总页数: 9

文件大小: 3131K

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标签：海洋资料同化论文;  局地集合变换卡尔曼滤波论文;  负载均衡策略论文;  高性能论文;