江西华信神威气象数值预报业务系统简介

江西华信神威气象数值预报业务系统简介^*

陈建萍
（江西省环境预报中心，江西南昌　330046）

    摘　要：对神威集群机上机前的准备工作，即软件的安装和配置进行了详细介绍，并在阐述江西中尺度数值模式系统的基础上，介绍了目前江西省环境预报中心所提供的数值预报产品，以及具体的获取途径和使用方法，以使现有的数值预报资源在全省各级台站中能够得到充分利用。
    关键词：气象　数值预报　系统　集群机简介
    中图分类号：P409；P456.7　　文献标识码：B　　文章编号：1007-9033（2005）01-0018-04

    目前，我省仅可获取欧洲中心、日本、T213等全球模式的产品，但这些大尺度数值模式很难勾画出中尺度的特征。随着我省国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，各级党政领导需要气象部门提供时空分辨率精细和预报准确率更高的天气预报，社会公众、各行各业也对气象工作提出了个性化程度高、针对性强的天气预报要求^[1]。因此，在分析总结江西的天气演变特点和预报经验的基础上，有针对性地引进开发适合江西地区的中尺度数值天气预报系统是当务之急^[2]。
　　我省于2004年11月引进了神威集群机和MM5、GRAPES等数值模式，并已开始了中尺度暴雨数值预报模式本地化的关键技术研究。到目前为此，神威集群系统和江西气象数值模式在省环境预报中心已经得到了充分利用，并在指导预报业务中发挥了一定的作用。然而市、县级台站对此还不太熟悉，为使现有资源在我省各级台站中都能得到充分利用，本文将对江西华信神威气象数值预报业务系统进行介绍。
1　集群系统简介
    集群系统是指由一些相对独立的结点（如PC、工作站、服务器），通过网络互连到一起，并且能够协同工作的一种并行的分布式处理系统。华信神威集群系统由使用多个标准的<16个处理器的PC或工作站构成，采用专用的高速网络进行通讯。华信神威集群系统由节点（包括计算结点、管理结点、存储结点）、网络（包括计算、管理、监控、存储等网络）、监控系统（提供远程监控功能）、软件系统（系统软件、集群管理软件、用户使用环境、并行开发环境）和业务系统（华信神威气象数值预报业务系统）等组成。其中软件系统包括操作系统（Red Hat Linux）、编程语言（C，C++，Fortran，JAVA）、并行环境（MPI，PVM）、编译器（Intel Fortran, C , C++，PGI Fortran, C，GNU glibc, gcc, g77）、文件系统（XFS, NFS, PFS）、数据库管理（MySQL, Oracle8i/9i）、科学软件库和图形包（BLAS，NCAR，Vis5D，GRAPH，GrADS等）、使用环境（基于WEB的用户使用平台）、作业管理（Sunway-OpenPBS）、系统管理（Sunway-CMS）、用户平台（Sunway-HPC）。
2　神威集群系统的使用
2.1　申请账号
    省内台站如需使用神威集群机进行远程操作，可向省气象信息网络中心网络管理员申请用户名及密码（本文以username、password分别代替用户申请到的用户名和密码）。
2.2　客户端的配置
　　如果客户端的操作系统是Ｗindows 98/Ｗindows 2000,则必须安装以下客户端软件：Java运行环境（Java Runtime Environment，简称jre1.3.1）；CuteFTP Pro v3.2（ftp客户端软件）；Editplus Text Editor v2.11(编辑软件)；Xmanager 1.3.8(远程图形终端软件)；Flash插件（AXFlash6.0）；UltraEdit-32 v10.00 简繁中文双语版(编辑软件)；SecureCRT 4.0.1 (远程字符终端软件)；winrar 3.2（压缩软件）
2.2.1　下载地址
　　打开IE浏览器，在“地址栏”输入服务端地址：172.20.XXX.XX，按“ENTER”键进入华信神威气象综合应用业务系统平台主页；双击“客户端软件”，进入“客户端软件下载”页面，就可以下载安装程序或软件包。其中在下载jre1.3.1软件的同时，还需下载配置文件java.policy。
2.2.2　安装说明
　　jre1.3.1 和winrar 3.2 可直接安装，不需要注册码；其它软件包都必须先用winrar解压，注册码都在软件包内。
2.2.3　软件安装及其设置
2.2.3.1　jre1.3.1(文件管理器、并行调试器)
　　将下载的配置文件java.policy复制到jre1.3.1的安装目录，即C:\Program Files\JavaSoft\JRE\1.3.1\lib\
security。安装jre1.3.1后，将允许远端集群系统上的java程序在用户的终端系统上运行。
2.2.3.2　CuteFTP Pro v3.2（FTP工具）
　　安装完毕后，在菜单条中点击“设置”按扭，输入标签信息（建议使用username）、主机地址（172.20.XXX.XX）、用户名（username）、密码（password），然后点击“添加到站点管理”，填写“新项目的名称（建议使用username）”。完成以上设置后，在“站点管理器”中将保存以username命名的站点管理器名称，用户可以在“本地驱动器”和“站点管理器”之间方便地上传和下载文件。
2.2.3.3　UltraEdit(（编辑工具）
　　UltraEdit是替代Windows记事本(Notepad)的编辑器，支持同时编辑多个文件，编辑文件的大小不受限制，支持拖放式编辑，也可以用它直接编辑器16进制文件。即使是非常大的文件，也只需要很少的内存。安装完毕后，从“文件”菜单中进入“ftp设置”窗口；在窗口中点击“添加”按钮；然后在各输入框内填入相应的信息：帐号名称（集群系统）、IP地址（172.20.XXX.XX）、名称（username）、用户帐号（username）、用户密码（password）、初始目录（/home/username）。
2.2.3.4　Xmanager 1.3.8(图形终端工具)
　　Xmanager是1个简单易用的高性能运行在Windows平台上的 X Server 软件。它能把远端Unix/Linux桌面无缝地带到你的Windows上。安装完毕后，打开Xstart窗口，配置以下各项参数：Name(Sun xerm),Host(172.20.XXX.XX),Protoco(TELNET)，User(username)，Password(password)，Execution Command(/usr/bin/konsole –ls –display $DISPLAY)；然后点击“Save”按钮保存设置。
2.2.3.5　SecureCRT 4.0.1（字符终端工具）
　　SecureCRT连接运行UNIX和VMS的远程计算机，有流行CRT Telnet客户机的所有特点。如自动注册、对不同主机保持不同的特性、打印、颜色设置、可变屏幕尺寸，能从命令行中运行或从浏览器中运行。安装完毕后，从“文件”菜单中进入“quick connect”窗口，配置以下各项参数：Protocol(TELNET),Hostname(172.20.XXX.XX)；再选择“show quick connect on star”,点击“connect”按扭。这样以后每次运行SecureCRT后就可直接进入172.20.XXX.XX，
2.3　远程操作
　　运行SecureCRT 4.0.1，就可以使用申请下来的用户名和密码进入集群系统进行远程操作。在Se?鄄cureCRT界面下输入申请下来的账号和密码：login:username，password:password；当出现操作提示行“[username @sunway username]$”后，就可以进行linux命令操作。
3　江西气象数值预报数值模式
3.1　江西中尺度数值模式简介
　　目前，神威集群系统主要为我省的中尺度数值模式（MM5）预报系统提供数值计算。我省的MM5中尺度数值模式天气预报系统，是以PSU/NCAR的MM5V3.4非静力中尺度模式为基础的。模式的初始资料可以同时获取9210资料和NMC备份资料，且在首选初始资料9210接收出错的情况下，模式能自动调取NMC备份资料，并应用最临近的常规高空、地面观测资料做初始场及参数订正。模式沿用MM5V3.4的模式设计，在垂直方向上是23层的?滓坐标；模式中心点为37.0°N、102.6°E；水平方向是2层嵌套，2层嵌套的网格格距分别是190×208和100×124，分辨率为21 km和9 km；预报起始时间为每日的08：00和12：00，预报步长3 h，预报时效48 h。
3.2　中尺度数值模式预报产品
　　省内各级台站无须权限，可直接登陆华信神威气象综合应用业务系统平台网页（172.20.XXX.XX），进入“模式预报产品”调阅MM5数值预报模式的预报产品。数值预报模式的预报产品包括高度场、温度场、风场、湿度场和地面降水场，再由这些预报产品计算标准等压面上的物理量场，包括涡度、散度、垂直速度。这些产品以单站预报和图形产品2种形式对外发布。
3.2.1　单站预报产品
　　双击“单站预报”，选择站点名称即可进入浏览界面。单站预报提供全国34个省（市、自治区、直辖市）的市（县、区）的降水、温度、湿度、天气现象和风向、风速预报产品。
3.2.2　图形产品
　　双击“图形产品”，先选择预报区域，即区域一和区域二（分别对应MM5模式的2层嵌套的区域），然后再选择预报起始时间。
　　区域一的图形预报产品包括二维量场（海平面气压、2 m温度、累计降水量、云水含量）和三维量场（1 000、925、850、700、500、200 hPa的温度、位势高度、流场、垂直速度、相对湿度、涡度、散度），可通过选择“时效”查看模式预报产品在某一时刻的预报量图形，也可选择“动态显示”，显示各时刻预报量的演变情况。
　　区域二的图形预报产品只包括二维量场（海平面气压、2 m温度、累计降水量、云水含量），同样也可按照自己的需要选择“时效”和“动态显示”。
3.2.3　历史查询
　　上述单站预报产品只提供模式最近1次运行的预报信息，图形产品也只提供最近1周内的预报信息。如需了解模式其他预报起始时间的“单站预报产品”和“图形产品”，则需进入“历史查询”。
3.2.3.1　单站预报历史查询
　　输入需查询的**年**月**日**时后，再点击“确认”键即可。
3.2.3.2　图形预报历史查询
　　输入需查询的**年**月**日后，点击“确认”键，将出现2个预报起始时间（**年**月**日08时和**年**月**日20时），选择某一时刻即可。
3.3　模式运行状态
　　在主页上选择“模式运行状态”，就可以监测到目前模式运行的状态。目前我省的数值模式系统分为地形资料、T213资料、NCEP资料、观测资料、资料预处理、生成初猜场、客观分析、生成模式运行资料、运行主模式、模式后处理、生成场库、生成产品12个模块。每个模块都以百分比数来显示，依此就可以了解模式当前时刻已运行到哪一模块，以及模块的完成情况。
3.4　监测系统
    监测系统每60 s自动更新，并显示最近的更新时间。
3.4.1　系统状态
　　查看当前作业队列中有无可调度的作业，并同时显示作业的队列号、作业类型、最大结点数（无调度作业时显示最大结点数为16）、最大处理器数（无调度作业时显示最大处理器数为32）、可用性（True/False）和作业总数。
3.4.2　结点信息
    对神威集群16个结点信息进行监测，并分别显示每个结点的结点号、操作系统、操作系统版本、处理器速度、处理器数、1 min负载和结点状态。
3.4.3　资源信息
    显示系统的结点总数、可用结点数、使用中的结点数、剩余可用结点数和使用百分率。
3.4.4　作业信息
    显示当前作业队列中有无作业。
3.4.5　其它监测信息
    监测系统还提供了环境监控（包括系统结点状态监测、机仓环境监测和资源配置）、性能监测（查看神威集群系统各结点的详细信息，包括结点系统属性、结点常规属性等）、集群警报、管理日志等监测信息。以上监测信息主要是为集群机系统管理员提供，本文不做详细介绍。
4　结语
　　（1）仅介绍了神威集群机上机前的准备工作，即软件的安装和配置。对于上机后如何使用SecureCRT进行远程操作，以及如何使用MM5、GRAPES等模式进行模拟，将在以后的论文中详细介绍。
　　（2）介绍的是我省目前正在实际业务运行的中尺度数值模式及其产品。随着数值预报模式本地化研究工作的进一步深入，模式产品及其网页也将做相应的调整，希望各级台站继续关注我省中尺度数值模式的本地化研究工作。

参考文献

1　陈双溪.加强两种能力建设不断提高天气预报准确率［J］.江西气象科技，2004,27（3）.
2　黎健.我省引进中尺度数值模式系统的技术分析［J］.江西气象科技，2004,27（4）.

Introduction Of Huaxin Shenwei Numerical
Weather Prediction Operational System In Jiangxi

CHEN Jian-ping
(Environment Forecast Center of Jiangxi Province , Nanchang 330046 , China)

Abstract: Presented is the preparation work for running Shenwei cluster computers, namely, the detailed introduction for installing the software. The mesoscale numerical model system in Jiangxi is depicted in this paper. Furthermore, the numerical prediction products provided by Environment Forecast Center of Jiangxi province, along with the approaches how to acquire and use them, are introduced. In this way those products can be used by each station in Jiangxi province as large as possible.
Key words: Meteorology Numerical prediction System Cluster computer Introduction
　

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收稿日期：2005年02月16日
作者简介：陈建萍（1974－），男，工程师，硕士，主要从事中短期天气预报工作与研究。
*本文受江西省气象局“省级中尺度灾害性天气数值预报系统业务化应用研究”项目资助。