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AREM模式是一个中尺度暴雨模式,在我国的业务数值天气预报和中尺度数值模拟研究方面发挥了重要作用。然而随着模式的发展,分辨率的提高,AREM模式串行程序远远不能满足业务和科研的需求,缺乏并行版本已严重制约了模式的发展。本文首次使用MPI并行技术,对AREM模式进行并行化设计,发展了AREM3.3.1P并行版本,并对各步骤进行了详细说明,为模式的进一步发展和应用奠定了基础。
本文在多个计算平台下对AREM并行模式进行移植,并对并行模式进行了并行化测试,效果令人满意。AREM模式在多个平台下能保持8个CPU平均6.52的加速比,并行效率81.5%,能够满足预报时效性。模式设计时,对负载均衡和数据分割进行了很好的考虑,使模式具有较好可扩展性。
本文应用AREM的并行版本对广东2004年5月7~8 U的一次暴雨个例进行模拟,考察了高分辨模式对暴雨的模拟性能,并与低分辨率模式进行了对比。试验表明,在提高模式分辨率后,模式对形势场的模拟和低分辨率模拟较为一致,水汽输送模拟比低分辨模式模拟强。提高模式分辨率后,对水汽辐合的模拟及水汽场模拟都得到提高,因此降水模拟有所改进。使用高分辨率并行版本能够在时效范围内完成24小时降水预报。
在并行模式的基础上,本文分别应用高低分辨率对2004年8月12~15日台风“云娜”个例进行模拟,考察AREM模式并行版本在不同水平分辨率下对台风的模拟性能。试验表明在提高模式分辨率后,高分辨率模式模拟出了台风登陆后向西折的路径特点,比低分辨率模式模拟更加接近观测,高分辨率模式能够很好的模拟出台风三维的细致结构,对台风暖心区的模拟与理论研究一致。而低分辨率模式不能模拟出这些细致结构。但低分辨率模式模拟降水比较集中,海平面气压值较低。高分辨率模式模拟降水比较分散,强度较低。原因有待于进一步研究。