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基于上海海洋大学超算系统FVCOM全球风生环流模拟
发表时间:2013-05-14 阅读次数:5223

        本系统基于上海海洋大学超算系统, 计算了FVCOM全球风生环流了33年模式结果。主要包括计算模式的系统信息、运算信息、存档数据格式和WEB交互式可视化。

1.1系统信息

         全球模式采用上海海洋大学超算系统第三期曙光集群进行计算,集群项目实施中对计算资源进行了大幅度整合和软硬件升级,计算节点总个数达到222个,第三期集群系统架构采用曙光刀片平台TC3600,计算刀片含2XIntel Xeon X5675六核处理器,12G内存,300G热插拔硬盘,40G QDR Infiniband计算网络。

1.2 FVCOM模式介绍

        FVCOM全球风生环流建立在早先的全球正压潮汐模拟基础上,为实现新的高分辨率全球海洋模式,实施了大量模式改进工作,这个模式是在上海海洋大学超算系统第三期曙光新集群上运行的。

        FVCOM全球风生环流模式是基于非结构网格有限体积法海洋模式FVCOMFVCOM基于海洋原始方程,利用有限体积法离散,非结构网格的灵活性使得它在海洋科学界近年来被广泛应用,目前使用的版本是FVCOM代码3.1.

1.3 模式网格

          研究组设置了一个覆盖全球海域的球坐标网格,其计算区域覆盖全球海域,包含太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋以及各大洋的边缘海(图1)。近海动力因子相对于大洋较为复杂,因此Global-FVCOM在近海区域精度较高,可达1040km, 而在大洋深海区域,网格精度约为5070km。在本次计算中,东中国海区域多数网格精度约为1020km(图1)。陆架外缘大陆坡处水深变化剧烈,对此区域计算网格加密。全球网格水深底形数据由DBDB5IBCAO资料插值到各个网格节点上。垂向采用混合(HYBRID)坐标分层。总共为45层。水深大于225m的海域采用s坐标系: 海洋表面厚度50m的上表层和海洋底部15m厚度层为等厚度分层,分辨率为5m; 其余各层则采用随深度变化坐标函数分层。在水深浅于或等于225m采用σ坐标系,垂向分层由深水可变分层到浅水逐步过渡到均匀分层, 垂向分率等于或小于5m225ms坐标与σ坐标分界水深, 此处为均匀分层, 分辨率为5m

图1  全球FVCOM网格示意图

1.4 模式同化数据

         在全球风生环流模式运行中,我们同化了海表温SST数据和表面高度数据SSH。其中SST数据来自多源业务化海洋卫星数据。SSH则是通过处理法国卫星高度计资料数据,插值到各个非结构网格上,在计算过程中通过逼近方法进行同化。

1.5 存档数据

         数据集主要包括海面高度、三维速度、盐度、温度场。存档数据格式为NETCDF格式,每个文件大小约为90-100G。模式运行从1977-2009年,所有结果均存储在上海海洋大学超算系统存储系统上。

1.6 WEB互动可视化

         每个存档文件高达90-100G, 原始数据量大。我们在超算系统上部署了一套基于WEB互动可视化系统,可以互动地对数据进行可视化。

         网址设为:http://202.121.64.88:8000/fvcomwms/,通过firefox等浏览器可连通上海海洋大学超算系统,左边菜单包含时间选项、盐度、海表水位、海流、温度等主要海洋要素。右边为浏览窗口,可通过交互式向服务器提出申请,传送海洋要素分布图。以下为几个主要海流区域模式结果的瞬时流场分布图。

 图2 全球模式流场网页可视化系统

 图西北太平洋区域表层流场瞬时图

 图4 东北太平洋区域表层流场瞬时图

 图5 西北大西洋区域表层流场瞬时图

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