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张红亮: 作品数：18 被引量：280H指数：8; 供职机构：中国气象科学研究院更多>>; 发文基金：国家科技支撑计划国家自然科学基金国家高技术研究发展计划更多>>; 相关领域：天文地球自动化与计算机技术化学工程更多>>

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新一代沙尘天气预报系统GRAPES_CUACE/Dust:模式建立、检验和数值模拟被引量：22: 2009年; 基于中国气象局数值预报基地研发的新一代全球/区域同化、预报系统(GRAPES)的中尺度预报模式(GRAPES_meso)和中国气象科学研究院大气成分中心开发的大气化学模块(CUACE/dust),建立了中国沙尘天气预报系统(GRAPES-CUACE/Dust).该系统引入了中国地区最新的土地沙漠化资料、中国沙漠沙尘气溶胶的光学特性资料、逐日变化的土壤湿度和雪盖资料.模式质量守恒性能良好.将批量实时预报结果与地面天气观测和臭氧分光计反演的气溶胶指数(TOMS AI)的对比表明:模式能够比较准确地预报中国以及东亚地区沙尘天气发生、发展、输送以及消亡过程,能够对起沙量、干、湿沉降量、沙尘浓度以及沙尘光学厚度等一系列要素进行实时定量预报.以2006年4月7次主要沙尘天气为例,分析了起沙和干、湿沉降以及沙尘大气载荷的时空分布等特征.结果表明,2006年4月东亚地区沙漠向大气中注入沙尘总量约为2.25亿吨,沙尘排放以下面三大源区为主:中国北部内蒙古和中蒙边界附近沙漠为东亚沙尘最重要的排放源,沙尘排放量为1.53亿吨,占排放总量的68%.塔克拉玛干沙漠沙尘排放量位居第二,将近4000万吨,占沙尘排放总量的17%,浑善达克沙地排放量约为1500万吨,占排放总量的7%.其他地区的沙漠、沙地以及废弃的耕地等的沙尘排放量之和只占沙尘排放总量的8%.2006年4月东亚地区沙尘沉降总量为1.36亿吨.沙尘沉降的区域分布表明,三大沙漠源区同时也是沙尘的主要沉降区,三大源区的沉降量大约占沉降总量78%,共1.35亿吨的沙尘在三大沙漠源区沉降,其次是源区下游的中国大陆地区,沙尘沉降为沉降总量的16%,大约200多万吨.120oE以东的中国近海、韩国、日本以及西太平洋地区沉降量只占总沉降量的6%左右,约85万吨.干、湿沉降的分析表明,由于4月中国北方地区干燥少雨,在2007年4月的沙尘沉降总量中,以; 王宏龚山陵张红亮陈勇沈学顺陈德辉薛纪善沈元芳伍湘君金之雁; 关键词：中尺度干沉降湿沉降

GRAPES全球模式不稳定现象的动力学分析及垂直方向非插值位温平流方法的应用: GRAPES_GFS采用两个时间层的半隐式半拉格朗日时间积分方案。在旧的版本试验中有时会在模式中高层南极大陆附近出现不稳定现象，通过对可能影响的动力项进行敏感性试验，发现位温及位温方程的线性项的垂直拉格朗日计算是影响的主...; 张红亮沈学顺

GRAPES全球模式在高性能计算机上的并行实现及优化: 伍湘君金之雁张红亮陈德辉

多尺度非静力通用模式框架的设计策略: 本文针对目前国际上数值预报模式的最新发展趋势,综述了新形势下多尺度非静力通用数值预报模式框架的设计策略.目前世界上开发通用模式主要有两个途经,一是建立一个离散化方案和源程序代码共享的、全球和有限区通用的模式,一是建立一个...; 陈德辉杨学胜胡江林张红亮; 关键词：非静力多尺度; 文献传递

GRAPES_GFS全球中期预报系统的研发和业务化被引量：74: 2017年; 该文回顾了中国气象局全球中期数值天气预报系统GRAPES_GFS的研发历程,重点介绍了近年来在GRAPES_GFS研发过程中的重要进展,概要阐述了这些进展对GRAPES_GFS业务化的贡献。动力框架方面的改进主要包括位温垂直平流的算法、极区滤波方案、标量平流方案、垂直速度衰减(damping)算法、提高模式分辨率等,改善了模式框架的稳定性、计算精度以及质量守恒性。物理过程方面的改进主要包括RRTMG辐射方案、CoLM陆面过程方案、积云对流、边界层过程、双参数云物理方案,以及物理过程的调用计算等,全面提升了模式物理过程的预报能力。全球三维变分同化方面,研发了模式空间三维变分(3DVar)系统、资料质量控制和偏差订正技术、卫星资料同化方面的相关技术等。同时,对目前GRAPES_GFS2.0的预报能力进行了评估,总体来说.该系统各项预报指标全面超越GRAPES_GFS1.0,与T639相比等压面要素预报在对流层也有明显优势,降水、2 m温度等预报也优势明显。; 沈学顺苏勇胡江林王金成孙健薛纪善韩威张红亮陆慧娟张华陈起英刘艳刘奇俊马占山金之雁李兴良刘琨赵滨周斌龚建东陈德辉王建捷; 关键词：动力框架三维变分同化

预估-校正的半隐式半拉格朗日时间积分方案及其在CMA-GFS模式中的应用被引量：1: 2022年; CMA-GFS采用的是传统的二时间层半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL)。拉格朗日平流速度和非线性项需要采用时间外插进行计算,在急流轴附近等梯度大值区会造成计算不稳定,甚至积分中断现象。文中通过构造预估-校正半隐式半拉格朗日时间积分方案(SISL/P-C),以减少时间外插的影响;半隐式系数由原来的0.72减小到0.55,构造准二阶精度的时间积分方案。理想试验和实际资料试验证明新方案可以改善CMA-GFS的精确度、稳定性和质量守恒。0.25°水平分辨率下积分时间步长可以由300 s增大到450 s,模式总体计算效率提高20%。; 张红亮沈学顺苏勇; 关键词：预估-校正法

GRAPES全球格点模式的并行计算负载平衡策略被引量：7: 2010年; 随着高性能计算机技术的发展和应用,并行计算已成为保证数值天气预报模式业务运行时效的关键技术之一。目前高性能计算机计算能力已达到每秒千万亿次浮点计算,系统中处理器数量也早已达十万甚至更多,如此巨大的计算资源对应用软件系统的设计也提出了挑战。数值天气预报软件系统要充分利用高性能计算机提供的计算资源,必须依靠并行计算方法,这包括适合计算问题的可扩展并行算法的设计、合适的数据分配方案以及良好的任务负载平衡方案。作为中国新一代数值天气预报格点模式,GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)设计的最终目标是一个科研/业务通用,区域/全球通用模式。作为一个格点模式,GRAPES的并行计算具有与欧洲中期数值预报研究中心谱模式并行计算不同的特点,GRAPES的并行计算采用了经典的水平网格数据划分。但对于全球的GRAPES模式,由于采用拉格朗日差分方案,模式极地及附近区域格点与格点之间距离的减小,使得模式并行计算在采用简单的经纬网格划分方式实现时,必须考虑极地区域并行计算跨越多个处理器时导致的频繁通讯解决途径。本研究提出了利用消息传递组通讯实现全球格点模式并行计算的一种方法,其核心思想是将极点附近一定区域内的处理器按纬向划归不同的处理器组。文中还给出了该实现方法的任务分配算法,提出了改进的任务分配负载平衡方案。在中国气象局高性能计算机IBM-cluster1600上的测试表明,算法具有较好的可扩展性,其负载平衡方案改善了计算的绝对墙钟时间,使并行计算效率提高10%以上。模式的准业务运行结果表明计算墙钟时间基本可以满足数值预报业务的实时性要求。; 伍湘君陈德辉宋君强金之雁杨学胜张红亮; 关键词：GRAPES模式并行计算负载平衡

GRAPES模式中物理过程时间计算精度对降水预报的影响被引量：8: 2010年; 对数值模式物理过程与动力框架耦合方案进行了分析,在GRAPES模式中引进了ECMWF模式中的Wedi(1999)耦合方案,此方案考虑了两个时间层物理过程的影响,即将上游点和到达点物理过程的影响同时反馈到动力框架中,它是二阶时间精度的耦合方案,比原一阶精度耦合方案更加合理和准确。利用GRAPES模式,设计了Wedi耦合方案与原耦合方案的连续数值试验。试验结果表明,在逐日降水预报中,Wedi耦合方案与原耦合方案降水预报的T评分(Threatscore)互有高低,但差别不大;预报的降水量可能有较小的变化,但不能使预报降水的等级出现本质的改变。但对其平均后的分析可知,新引进的Wedi耦合方案对预报降水评分具有正的贡献。即新耦合方案完善和改进了GRAPES模式,对提高模式的降水预报准确率具有正效果。; 徐国强陈德辉张红亮沈学顺李莉金之雁; 关键词：GRAPES 降水

CMA-GFS V4.0模式关键技术研发和业务化被引量：5: 2023年; 针对CMA-GFS V3.3强降水预报偏弱、西北太平洋副热带高压等天气系统预报衰减偏快以及模式计算效率偏低等问题,对模式物理过程与动力框架关键技术开展研发改进。在预报性能方面,通过在云微物理方案中增加霰粒子相关的微物理过程、调整蒸发速率,并在积云对流方案中改进触发条件、卷入率、准平衡闭合假定等关键因子的参数化方法,缓解模式强降水预报不足和小雨过多的问题;采用质量守恒修正算法解决模式长时间积分质量损失问题,改善天气形势预报。在计算效率方面,研制二维参考廓线方案延长模式积分时间步长,开发预条件经典斯蒂菲尔迭代(PCSI)算法提高Helmholtz方程的求解效率,对辐射方案、预估-修正算法等进行计算效率优化。通过上述关键技术的研发和应用,CMA-GFS在降水和天气形势方面的预报技巧得到显著提升,计算效率提高1/3左右,满足模式在0.125°分辨率下业务运行的时效要求,为CMA-GFS V3.3升级到V4.0奠定了基础。; 张进孙健孙健孙健沈学顺苏勇马占山张红亮蒋沁谷刘奇俊张红亮金之雁陈峰峰李喆刘琨; 关键词：云微物理对流参数化

全球非静力半隐式半拉格朗日模式及其极区离散处理被引量：9: 2007年; 全球有限区同化预报系统GRAPES(Global Regional Assimilation and Prediction System)中的全球模式是新研发的新一代全球非静力数值预报模式,该模式将作为中国气象局下一代全球中期数值预报的业务模式.模式动力框架的特点包括采用全可压方程组、非静力/静力可选、半隐式半拉格朗日大时间步长、利用预条件求解复杂的三维亥姆赫兹(Helmholtz)椭圆型方程等.针对极地奇异性的特点,介绍了GRAPES全球模式在极地的离散处理方案,包括采用水平风分量v放在极地的Arakawa C网格,引入极地滤波解决极地数值计算的稳定性,近极地Helmholtz方程的订正,及为提高球坐标系下拉格朗日上游点计算精度的处理等.平衡流理想场试验表明,模式对极地半拉格朗日上游点及极地的处理是正确的;Held和Suarez试验表明模式可保证长期时间积分的守恒特性.; 杨学胜陈嘉滨胡江林陈德辉沈学顺张红亮; 关键词：非静力半隐式半拉格朗日守恒性

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