本文關(guān)鍵詞：并行計算在臨近天氣預報系統(tǒng)中的應用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：臨近天氣預報指的是對未來0-6小時的天氣狀況及其可能產(chǎn)生的災害提前進行氣象預報的一門技術(shù)。采用臨近天氣預報系統(tǒng)可以為政府和抗災減災相關(guān)部門提供氣象數(shù)據(jù)參考和天氣預報,可以讓可能面臨災害地區(qū)的人員提前撤離,減少不必要的人民生命和財產(chǎn)的損失。因此,有關(guān)臨近天氣預報系統(tǒng)的研究有重要的現(xiàn)實意義。在臨近天氣預報系統(tǒng)中,已經(jīng)出現(xiàn)了各種臨近天氣預報的算法,其中交叉相關(guān)法和光流法是兩種主要的方法,它們已經(jīng)比較廣泛地應用到了氣象領(lǐng)域。相對于交叉相關(guān)法,光流法計算復雜,但是對于強對流天氣,光流法能夠取得更好的預報效果。光流法從偏微分方程的角度來求解光流場,由于在計算過程中引入了嚴格的約束條件,需要層層遞歸才能夠獲得計算結(jié)果,所以光流法的計算時間比較長,若由單核處理器來計算光流場的話則需要相當長的時間,所以影響了光流法在外推預報技術(shù)中的推廣應用。由于天氣預報系統(tǒng)對實時性要求較高,面對災難的預報必須是分秒必爭的,所以在解決算法預測準確性的同時,必須重點解決各種算法運行時間長度的問題。近年來隨著并行計算的發(fā)展,采用CPU-GPU的協(xié)同并行計算在光流法計算中能起到非常好的加速效果,因此,將并行計算運用到氣象領(lǐng)域,可以加快各種預報算法的運算速度,可以提高天氣預報的精準度,使得原來雖然不能滿足業(yè)務(wù)需求,但精確度卻又非常高的算法的運用到實際的業(yè)務(wù)中變成了可能,所以將并行計算技術(shù)運用到臨近天氣預報系統(tǒng)中是一種必然的技術(shù)趨勢。本文依托廣東省氣象臺的短時臨近天氣預報系統(tǒng)的實際研究課題,對臨近天氣預報系統(tǒng)中的各種天氣預報的算法進行了分析和研究,提出了將并行處理技術(shù)運用到臨近天氣預測系統(tǒng)中的設(shè)計思想,并給出了相關(guān)的實現(xiàn)算法,取得了較好的加速比和實際效果。論文的主要工作可以歸納為以下幾個方面:(1)對臨近天氣預報系統(tǒng)的各種天氣預報的算法進行了分析和研究,提出了將并行計算技術(shù)運用到臨近天氣預測系統(tǒng)中的設(shè)計思想和方法。(2)構(gòu)建了一個多核并行處理技術(shù)計算開發(fā)平臺,在搭建的并行計算平臺上面分別實現(xiàn)了多核交叉相關(guān)法、多核光流法、多核變分法和多核Z-I關(guān)系確認法,并對性能指標加速比進行了測試分析,使得最終加速比接近4。(3)以Gtx660為硬件開發(fā)平臺,搭建了一個基于CUDA的GPU并行計算平臺,實現(xiàn)了多線程光流法和多線程變分法,最終加速比在100倍左右。
【關(guān)鍵詞】：臨近天氣預報系統(tǒng) 交叉相關(guān)法 光流法 并行計算
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P456;TP338.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 課題來源及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 臨近預報技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 并行計算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀14-18
• 1.4 本文的主要研究工作18
• 1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 并行計算技術(shù)20-26
• 2.1 并行計算20-21
• 2.2 CPU并行計算技術(shù)21-23
• 2.2.1 Win32API多線程編程21-23
• 2.2.2 OpenMP多線程編程23
• 2.2.3 MPI并行編程23
• 2.3 GPU并行計算技術(shù)23-25
• 2.3.1 OpenCL并行計算平臺24-25
• 2.3.2 CUDA并行計算平臺25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 外推預報技術(shù)26-36
• 3.1 單體質(zhì)心法外推26-27
• 3.2 交叉相關(guān)法外推27-28
• 3.3 光流法外推28-33
• 3.3.1 光流法簡介29-30
• 3.3.2 Horn-Schunck算法30
• 3.3.3 Lucas-Kanade算法30-31
• 3.3.4 金字塔光流算法31-32
• 3.3.5 光流算法實驗比較32-33
• 3.4 外推算法實驗比較33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于GPU的臨近預報系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)36-50
• 4.1 系統(tǒng)設(shè)計36-39
• 4.1.1 系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能36
• 4.1.2 系統(tǒng)流程圖36-39
• 4.2 光流法并行實現(xiàn)39-44
• 4.3 變分法并行計算44-48
• 4.4 Z-I關(guān)系確立并行計算48-49
• 4.4.1 串、并行計算動態(tài)分級Z-I關(guān)系48-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第五章 系統(tǒng)測試與分析50-57
• 5.1 系統(tǒng)環(huán)境50
• 5.2 系統(tǒng)實現(xiàn)效果50-56
• 5.3 實驗結(jié)果分析56-57
• 總結(jié)與展望57-59
• 參考文獻59-62
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果62-63
• 致謝63-64
• 附件64

【參考文獻】

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本文編號：508861