CN111857726A - 一种气象预报的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气象预报的方法和设备，该方法包括以下步骤：根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译；根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件；根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件；将可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行可执行文件进行气象预报。通过使用本发明的方案，能够只需要输入一个输入参数，即可更加方便的建立WRFIO的方案，最终输出可执行文件及namelist文件以进行气象预报。

Description

一种气象预报的方法和设备
技术领域
本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种气象预报的方法和设备。
背景技术
数值天气预报(numerical weather prediction)是指根据大气实际情况，在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。全世界已有30多个国家和地区把数值天气预报作为制作日常天气预报的主要方法，其中不少国家和地区除制作1～2天的短期数值天气预报外，还制作一个星期左右的中期数值天气预报。
中尺度大气模式WRF(Weather Researh and Forecasting model)是由美国大气研究中心(NCAR)、美国大气海洋局(NOAA)和美国空间气象局(AFWA)等共同开发的一个中尺度数值预报模式是目前应用最广泛的中尺度数值预报模式之一。WRF模式可应用于数值天气预报的研究与业务化、物理参数化方案研究、数据同化、驱动空气质量模式、中小尺度气候模拟以及海洋大气模式的耦合等。
气象预报和气象服务的发展，要求不断提高数值预报水平分辨率和垂直分辨率，这将带来模式计算量的大幅增加，计算时间也随之增加，而气象预报和气象服务又有着极强的时效性。
高性能计算机一直是推动业务数值预报发展的关键决定性因素，高性能计算机前进一步，就推动气象业务数值预报就上一个台阶。随着业务需求及高分辨预报的提高，对计算机性能的需求也越来越大。以WRF为例，正常情况下，我们都是以NETCDF串行方式来运行WRF，但是当算例规模变大时，只有一个进程可以与文件系统进行交互，当WRF的变量大小大于100M(1000*1000)时，IO(输入输出)就会出现瓶颈，也就是IO的时间比计算时间大的多的情况，因此需要考虑对IO进行优化，选择合适的IO选项来运行WRF。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种气象预报的方法和设备，通过使用本发明的方法，能够只需要输入一个输入参数，即可更加方便的建立WRF IO的方案，最终输出可执行文件及namelist文件以进行气象预报。
基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种气象预报的方法，包括以下步骤：
根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译；
根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件；
根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件；
将可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行可执行文件进行气象预报。
根据本发明的一个实施例，IO选项包括网络通用数据格式、并行网络通过数据格式、输入输出异步格式和并行输入输出格式。
根据本发明的一个实施例，根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译包括：
在WRF应用文件夹内新建文件夹，将所需要的依赖库放在WRF应用文件夹内，并在新建文件夹中定义分别对应不同IO选项安装的依赖库脚本，并定义安装依赖库脚本文件；
根据不同的IO选项配置对应的环境变量并在配置文件中添加自动编译依赖库的脚本；
运行自动编译依赖库的脚本以调用安装依赖库脚本文件对不同的IO选项对应的依赖库进行编译。
根据本发明的一个实施例，根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
在config.pl文件中对不同的IO选项设置不同的编译选项以在执行配置时可以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
根据本发明的一个实施例，根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
判断IO选项的类型；
响应于IO选项为并行网络通用数据格式，将config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG修改成CONFIGURE_PNETCDF_FLAG:-DPNETCDF:-DPNETCDF_QUILT；
执行./configure命令后选择相应的编译器以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
根据本发明的一个实施例，根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
判断IO选项的类型；
响应于IO选项为PIO格式，将将config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG修改为CONFIGURE_PNETCDF_FLAG:-DPNETCDF:-DPIO；
添加external/io_pio编译模块以对PIO进行编译；
添加与PIO相关的头文件和编译后的依赖库；
执行./configure命令后选择相应的编译器以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
根据本发明的一个实施例，根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件包括：
将输入参数配置文件中的IO设置选项设置为一个变量；
根据不同的IO选项将变量修改为对应的数值；
使用EOF命令加入输入输出异步格式和并行输入输出格式的参数值以完成对输入参数配置文件的修改。
本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种气象预报的设备，设备包括：
第一编译模块，第一编译模块配置为根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译；
第二编译模块，第二编译模块配置为根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件；
修改模块，修改模块配置为根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件；
运行模块，运行模块配置为将可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行可执行文件进行气象预报。
根据本发明的一个实施例，IO选项包括网络通用数据格式、并行网络通过数据格式、输入输出异步格式和并行输入输出格式。
根据本发明的一个实施例，第一编译模块还配置为：
在WRF应用文件夹内新建文件夹，将所需要的依赖库放在WRF应用文件夹内；
在新建文件夹中定义分别对应不同IO选项安装的依赖库脚本，并定义安装依赖库脚本文件；
根据不同的IO选项配置对应的环境变量并在配置文件中添加自动编译依赖库的脚本；
运行自动编译依赖库的脚本以调用安装依赖库脚本文件对不同的IO选项对应的依赖库进行编译。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的气象预报的方法，通过根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译；根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件；根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件；将可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行可执行文件进行气象预报的技术方案，能够只需要输入一个输入参数，即可更加方便的建立WRF IO的方案，最终输出可执行文件及namelist文件以进行气象预报。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为根据本发明一个实施例的气象预报的方法的示意性流程图；
图2为根据本发明一个实施例的气象预报的设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种气象预报的方法的一个实施例。图1示出的是该方法的示意性流程图。
如图1中所示，该方法可以包括以下步骤：
S1根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译，IO选项一般包括Netcdf(3/4)(串行)、Paralel-Netcdf(并行Netcdf)、Quilting(IO异步)和PIO(并行IO)等几种IO，每种IO选项对应不同的依赖库，可能用到的依赖库包括netcdf4-c、netcdf4-fortran、hdf5、zlib、pnetcdf和PIO依赖库等，需要对每种IO选项对应的依赖库进行编译；
S2根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件，根据编译好的各种依赖库将WRF应用进行编译以生成wrf.exe可执行文件；
S3根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件(namelist文件)；
S4将可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行可执行文件进行气象预报。
本发明的方法是在WRF应用中添加一个可以智能选择IO的选项，可以只需输入一个需要的IO选项以及设定好的namelist文件，就可以自主编译所需依赖库，添加环境变量，修改所需要的配置文件，并自主编译应用，并修改应用所需要的namelist参数文件等。最后输出所需要的可执行文件及修改过后的namelist参数文件。本发明能够自动选择编译器及所需依赖库，把需要的依赖库都放在一个文件夹内，并将每种选项需要安装及所需要的编译选项都放在一个文件夹内，由于安装串行netcdf(网络通用数据格式)和并行netcdf库时，所需要的编译参数是不同的，因此需要针对不同的IO输入选项设计不同的脚本文件。在编译的过程中，能够自动生成针对不同IO选项编译WRF所需要的Makefile(配置文件)。能够针对某一个制定IO选项修改某一个特定变量的值，以及有的IO选项需要添加不同的参数。
通过本发明的技术方案，能够只需要输入一个输入参数，即可更加方便的建立WRFIO的方案，最终输出可执行文件及namelist文件以进行气象预报。
在本发明的一个优选实施例中，IO选项包括网络通用数据格式、并行网络通过数据格式、输入输出异步格式和并行输入输出格式。
在本发明的一个优选实施例中，根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译包括：
在WRF应用文件夹内新建文件夹，将所需要的依赖库放在WRF应用文件夹内，并在新建文件夹中定义分别对应不同IO选项安装的依赖库脚本，并定义安装依赖库脚本文件；
根据不同的IO选项配置对应的环境变量并在配置文件中添加自动编译依赖库的脚本；
运行自动编译依赖库的脚本以调用安装依赖库脚本文件对不同的IO选项对应的依赖库进行编译。可能需要的依赖库包括netcdf4-c、netcdf4-fortran、hdf5、zlib、pnetcdf和PIO依赖库，根据定义好的编译脚本对上述各个IO选项对应的依赖库进行编译。
在本发明的一个优选实施例中，根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
在config.pl文件中对不同的IO选项设置不同的编译选项以在执行配置时可以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
目前WRF应用已经支持当pnetdcf和netdcf的环境变量设置后，可以在configure时，自动生成所需configure.wrf文件。而对于pnetdcf和IO异步相结合以及PIO，并不支持上述功能，在配置后还需要对configure.wrf文件进行大量的修改。因此在这里主要是针对不同的选项，都可以自动生成编译所需要的configure.wrf文件。在arch文件中修改config.pl文件，在其中添加对于不同的IO选项设置不同的编译选项，可以达到在执行配置时可以自动生成所需的configure.wrf文件。这一步是一次性操作，只需要修改一次即可。
在本发明的一个优选实施例中，根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
判断IO选项的类型；
响应于IO选项为并行网络通用数据格式，将config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG修改成CONFIGURE_PNETCDF_FLAG:-DPNETCDF:-DPNETCDF_QUILT，也就是在config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG后面添加:-DPNETCDF:-DPNETCDF_QUILT；
执行./configure命令后选择相应的编译器以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
在本发明的一个优选实施例中，根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
判断IO选项的类型；
响应于IO选项为PIO格式，也就是检测到pio_path时，将config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG修改为CONFIGURE_PNETCDF_FLAG:-DPNETCDF:-DPIO，也就是在config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG的后面添加:-DPNETCDF:-DPIO；
添加external/io_pio编译模块以对PIO进行编译，以将PIO依赖库的接口和应用关联在一起；
添加与PIO相关的头文件和编译后的依赖库；
执行./configure命令后选择相应的编译器以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
在本发明的一个优选实施例中，根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件包括：
将输入参数配置文件中的IO设置选项设置为一个变量；
根据不同的IO选项将变量修改为对应的数值；
使用EOF命令加入输入输出异步格式和并行输入输出格式的参数值以完成对输入参数配置文件的修改。在此将确定好区域及网格大小的namelist.input作为输入，在输入的namelist.input中，将io_form_history、io_form_restart、io_form_input和io_form_boundary等IO设置选项的值设置为一个变量(例如n)，当IO选项选择不同时，使用sed命令将变量值修改为对应的数值，例如当IO选项为netcdf时，将n修改为2，当IO选项为netcdf和PIO时，将n修改为11。同样，使用EOF命令，加入IO异步和PIO的参数值。例如当选择IO选项命令时，在namelist.input末尾使用cat<<EOF命令加入PIO需要的几个参数：
cat<<EOF
&pio_control
pioprocs＝16
piostride＝4
piostart＝0
pioshift＝0
/
EOF
这样就完成对输入参数配置文件的修改。
通过本发明的技术方案，能够只需要输入一个输入参数，即可更加方便的建立WRFIO的方案，最终输出可执行文件及namelist文件以进行气象预报。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，上述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)或随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
此外，根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。
基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种气象预报的设备，如图2所示，设备200包括：
第一编译模块，第一编译模块配置为根据不同的IO选项将IO选项对应的依赖库进行编译；
第二编译模块，第二编译模块配置为根据不同的IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件；
修改模块，修改模块配置为根据不同的IO选项修改IO选项对应的输入参数配置文件；
运行模块，运行模块配置为将可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行可执行文件进行气象预报。
在本发明的一个优选实施例中，IO选项包括网络通用数据格式、并行网络通过数据格式、输入输出异步格式和并行输入输出格式。
在本发明的一个优选实施例中，第一编译模块还配置为：
在WRF应用文件夹内新建文件夹，将所需要的依赖库放在WRF应用文件夹内；
在新建文件夹中定义分别对应不同IO选项安装的依赖库脚本，并定义安装依赖库脚本文件；
根据不同的IO选项配置对应的环境变量并在配置文件中添加自动编译依赖库的脚本；
运行自动编译依赖库的脚本以调用安装依赖库脚本文件对不同的IO选项对应的依赖库进行编译。
需要特别指出的是，上述系统的实施例采用了上述方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到上述方法的其他实施例中。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实现的可能示例，并且仅为了清楚地理解本发明的原理而提出。可以在不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。

Claims (10)

1.一种气象预报的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据不同的IO选项将所述IO选项对应的依赖库进行编译；
根据不同的所述IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件；
根据不同的所述IO选项修改所述IO选项对应的输入参数配置文件；
将所述可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行所述可执行文件进行气象预报。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IO选项包括网络通用数据格式、并行网络通过数据格式、输入输出异步格式和并行输入输出格式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据不同的IO选项将所述IO选项对应的依赖库进行编译包括：
在所述WRF应用文件夹内新建文件夹，将所需要的依赖库放在所述WRF应用文件夹内，并在所述新建文件夹中定义分别对应不同所述IO选项安装的依赖库脚本，并定义安装依赖库脚本文件；
根据不同的所述IO选项配置对应的环境变量并在配置文件中添加自动编译依赖库的脚本；
运行所述自动编译依赖库的脚本以调用所述安装依赖库脚本文件对不同的IO选项对应的依赖库进行编译。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据不同的所述IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
在config.pl文件中对不同的所述IO选项设置不同的编译选项以在执行配置时可以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据不同的所述IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
判断所述IO选项的类型；
响应于所述IO选项为并行网络通用数据格式，将config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG修改成CONFIGURE_PNETCDF_FLAG:-DPNETCDF:-DPNETCDF_QUILT；
执行./configure命令后选择相应的编译器以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据不同的所述IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件包括：
判断所述IO选项的类型；
响应于所述IO选项为PIO格式，将将config.pl中的CONFIGURE_PNETCDF_FLAG修改为CONFIGURE_PNETCDF_FLAG:-DPNETCDF:-DPIO；
添加external/io_pio编译模块以对所述PIO进行编译；
添加与PIO相关的头文件和编译后的依赖库；
执行./configure命令后选择相应的编译器以生成configure.wrf文件；
执行./compile em_real命令生成wrf.exe可执行文件。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据不同的所述IO选项修改所述IO选项对应的输入参数配置文件包括：
将所述输入参数配置文件中的IO设置选项设置为一个变量；
根据不同的所述IO选项将所述变量修改为对应的数值；
使用EOF命令加入输入输出异步格式和并行输入输出格式的参数值以完成对所述输入参数配置文件的修改。
8.一种气象预报的设备，其特征在于，所述设备包括：
第一编译模块，所述第一编译模块配置为根据不同的IO选项将所述IO选项对应的依赖库进行编译；
第二编译模块，所述第二编译模块配置为根据不同的所述IO选项并基于编译完成后的依赖库编译WRF应用并生成可执行文件；
修改模块，所述修改模块配置为根据不同的所述IO选项修改所述IO选项对应的输入参数配置文件；
运行模块，所述运行模块配置为将所述可执行文件和修改后的输入参数配置文件保存到预设位置并运行所述可执行文件进行气象预报。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述IO选项包括网络通用数据格式、并行网络通过数据格式、输入输出异步格式和并行输入输出格式。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一编译模块还配置为：
在所述WRF应用文件夹内新建文件夹，将所需要的依赖库放在所述WRF应用文件夹内；
在所述新建文件夹中定义分别对应不同所述IO选项安装的依赖库脚本，并定义安装依赖库脚本文件；
根据不同的所述IO选项配置对应的环境变量并在配置文件中添加自动编译依赖库的脚本；
运行所述自动编译依赖库的脚本以调用所述安装依赖库脚本文件对不同的IO选项对应的依赖库进行编译。
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