發(fā)布時(shí)間：2017-07-02 07:05

  本文關(guān)鍵詞：并行計(jì)算在臨近天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：臨近天氣預(yù)報(bào)指的是對未來0-6小時(shí)的天氣狀況及其可能產(chǎn)生的災(zāi)害提前進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)的一門技術(shù)。采用臨近天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)可以為政府和抗災(zāi)減災(zāi)相關(guān)部門提供氣象數(shù)據(jù)參考和天氣預(yù)報(bào),可以讓可能面臨災(zāi)害地區(qū)的人員提前撤離,減少不必要的人民生命和財(cái)產(chǎn)的損失。因此,有關(guān)臨近天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的研究有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在臨近天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)中,已經(jīng)出現(xiàn)了各種臨近天氣預(yù)報(bào)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(yīng)用到了氣象領(lǐng)域。相對于交叉相關(guān)法,光流法計(jì)算復(fù)雜,但是對于強(qiáng)對流天氣,光流法能夠取得更好的預(yù)報(bào)效果。光流法從偏微分方程的角度來求解光流場,由于在計(jì)算過程中引入了嚴(yán)格的約束條件,需要層層遞歸才能夠獲得計(jì)算結(jié)果,所以光流法的計(jì)算時(shí)間比較長,若由單核處理器來計(jì)算光流場的話則需要相當(dāng)長的時(shí)間,所以影響了光流法在外推預(yù)報(bào)技術(shù)中的推廣應(yīng)用。由于天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性要求較高,面對災(zāi)難的預(yù)報(bào)必須是分秒必爭的,所以在解決算法預(yù)測準(zhǔn)確性的同時(shí),必須重點(diǎn)解決各種算法運(yùn)行時(shí)間長度的問題。近年來隨著并行計(jì)算的發(fā)展,采用CPU-GPU的協(xié)同并行計(jì)算在光流法計(jì)算中能起到非常好的加速效果,因此,將并行計(jì)算運(yùn)用到氣象領(lǐng)域,可以加快各種預(yù)報(bào)算法的運(yùn)算速度,可以提高天氣預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)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(yùn)用到實(shí)際的業(yè)務(wù)中變成了可能,所以將并行計(jì)算技術(shù)運(yùn)用到臨近天氣預(yù)報(bào)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(tái)的短時(shí)臨近天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的實(shí)際研究課題,對臨近天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的各種天氣預(yù)報(bào)的算法進(jìn)行了分析和研究,提出了將并行處理技術(shù)運(yùn)用到臨近天氣預(yù)測系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)思想,并給出了相關(guān)的實(shí)現(xiàn)算法,取得了較好的加速比和實(shí)際效果。論文的主要工作可以歸納為以下幾個(gè)方面:(1)對臨近天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)的各種天氣預(yù)報(bào)的算法進(jìn)行了分析和研究,提出了將并行計(jì)算技術(shù)運(yùn)用到臨近天氣預(yù)測系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)思想和方法。(2)構(gòu)建了一個(gè)多核并行處理技術(shù)計(jì)算開發(fā)平臺(tái),在搭建的并行計(jì)算平臺(tái)上面分別實(shí)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(rèn)法,并對性能指標(biāo)加速比進(jìn)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(tái),搭建了一個(gè)基于CUDA的GPU并行計(jì)算平臺(tái),實(shí)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(yù)報(bào)系統(tǒng) 交叉相關(guān)法 光流法 并行計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(yù)報(bào)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 并行計(jì)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(jì)算技術(shù)20-26
• 2.1 并行計(jì)算20-21
• 2.2 CPU并行計(jì)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(jì)算技術(shù)23-25
• 2.3.1 OpenCL并行計(jì)算平臺(tái)24-25
• 2.3.2 CUDA并行計(jì)算平臺(tái)25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 外推預(yù)報(bào)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(shí)驗(yàn)比較32-33
• 3.4 外推算法實(shí)驗(yàn)比較33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于GPU的臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)36-50
• 4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)36-39
• 4.1.1 系統(tǒng)要實(shí)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(shí)現(xiàn)39-44
• 4.3 變分法并行計(jì)算44-48
• 4.4 Z-I關(guān)系確立并行計(jì)算48-49
• 4.4.1 串、并行計(jì)算動(dòng)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(shí)現(xiàn)效果50-56
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析56-57
• 總結(jié)與展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果62-63
• 致謝63-64
• 附件64

【參考文獻(xiàn)】

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3 朱平;李生辰;肖建設(shè);徐亮;靳世強(qiáng);;天氣雷達(dá)回波外推技術(shù)應(yīng)用研究[J];氣象;2008年07期

4 陳明軒,俞小鼎,譚曉光,王迎春;對流天氣臨近預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展與研究進(jìn)展[J];應(yīng)用氣象學(xué)報(bào);2004年06期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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2 馮富輝;并行處理技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];北京交通大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：508861