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混沌系统平均初始误差增长饱和特性研究

物理学报 2012年第17期61卷 128-134页

作者：杨锦辉宋君强国防科学技术大学计算机学院长沙410073

在非线性误差增长理论框架下研究了混沌系统平均初始误差增长饱和特性以及误差饱和值同系统可预报期限的关系.首先探索了Lorenz96系统中平均相对初始误差增长饱和规律,发现平均相对初始误差增长饱和值同初始误差的自然对数存在简单的线... 详细信息

在非线性误差增长理论框架下研究了混沌系统平均初始误差增长饱和特性以及误差饱和值同系统可预报期限的关系.首先探索了Lorenz96系统中平均相对初始误差增长饱和规律,发现平均相对初始误差增长饱和值同初始误差的自然对数存在简单的线性关系:其二者自然对数之和为一常量,且该常量同初始误差无关.实验表明该结论对其他混沌系统也适用.因此对给定混沌系统,在计算出和常数后可以外推得到任意固定初始误差的平均相对误差增长饱和值.为进一步研究误差饱和值同可预报期限的关系,给出了平均绝对误差增长的定义.理论分析表明混沌系统平均绝对误差增长也会达到饱和.其饱和值为常量,与初始误差无关,混沌系统控制参数确定,饱和值就固定.依据上述研究,最后给出一个定量计算可预报期限的模型T_p=1/Λln(Es/δ0)+c,Es为绝对误差增长饱和值.实验研究表明对于复杂的高阶混沌系统,该预报期限模型都能较好地适用.

关键词：相对初始误差增长非线性误差增长理论混沌系统可预报期限

厄尔尼诺和南方涛动海气耦合模型中参数估计的变分方法

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物理学报 2012年第11期61卷 100-107页

作者：宋君强曹小群张卫民朱小谦国防科学技术大学计算机学院长沙410073

提出一种基于变分原理估计厄尔尼诺和南方涛动海气耦合模型中未知参数的方法.首先将所研究的非线性海气耦合动力方程引入到目标泛函中;接着利用变分方法导出伴随方程和待辨识参数泛函梯度的公式;然后设计了估计未知参数的算法.数值试验... 详细信息

提出一种基于变分原理估计厄尔尼诺和南方涛动海气耦合模型中未知参数的方法.首先将所研究的非线性海气耦合动力方程引入到目标泛函中;接着利用变分方法导出伴随方程和待辨识参数泛函梯度的公式;然后设计了估计未知参数的算法.数值试验结果表明变分方法是一种能有效估计海气耦合非线性系统未知参数的方法.

关键词：海气耦合模型参数估计极限环变分方法

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二维浅水波并行模式的伴随

国防科技大学学报 2003年第2期25卷 41-45页

作者：曹小林宋君强孙安香北京应用物理与计算数学研究所北京100088 国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

以二维浅水波为例,详细探讨如何开发并行模式的切线性模式和伴随模式。切线性模式的并行机制和原始模式一致,而伴随模式不同。三个模式采用一致的数据剖分方法可提高并行效率。在集群并行计算机系统上采用一维数据剖分,切线性模式的通... 详细信息

以二维浅水波为例,详细探讨如何开发并行模式的切线性模式和伴随模式。切线性模式的并行机制和原始模式一致,而伴随模式不同。三个模式采用一致的数据剖分方法可提高并行效率。在集群并行计算机系统上采用一维数据剖分,切线性模式的通信量与原始模式相当,而计算量几乎是原始模式的2倍;伴随模式的通信量大约是原始模式的2倍,而计算量几乎是原始模式的3倍。在三个模式中,切线性模式的加速比最大。

关键词：并行模式切线性模式伴随模式计算量通信量

中尺度数值天气预报模式MM5分布式并行计算

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国防科技大学学报 2003年第2期25卷 56-59,67页

作者：朱小谦张卫民宋君强国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

中尺度数值预报模式是进行中尺度天气预报的有效手段。中尺度模式MM5是国际上应用最广泛的中尺度预报模式之一。数值天气预报的巨大计算量和实效性要求必须通过高性能分布式并行计算来实现。分析了MM5串行算法的特点,研究了其并行算法... 详细信息

中尺度数值预报模式是进行中尺度天气预报的有效手段。中尺度模式MM5是国际上应用最广泛的中尺度预报模式之一。数值天气预报的巨大计算量和实效性要求必须通过高性能分布式并行计算来实现。分析了MM5串行算法的特点,研究了其并行算法的实现,讨论了算法的一些改进,给出了MM5模式在分布式并行巨型计算机上的测试结果。

关键词：中尺度数值天气预报 MM5模式分布式并行计算

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并行计算的数据重分配

国防科技大学学报 2002年第4期24卷 33-36页

作者：孙安香张理论宋君强国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

为提高算法的并行计算性能 ,许多并行程序必须进行数据重分配。数据重分配是在并行计算过程中实现的 ,其开销影响算法的并行性能 ,高效的数据重分配对提高并行计算的性能有重要意义。本文阐述了数据重分配的环形算法 ;提出了数据重分配... 详细信息

为提高算法的并行计算性能 ,许多并行程序必须进行数据重分配。数据重分配是在并行计算过程中实现的 ,其开销影响算法的并行性能 ,高效的数据重分配对提高并行计算的性能有重要意义。本文阐述了数据重分配的环形算法 ;提出了数据重分配的蝶网算法 ,并证明了其正确性 ;设计了结构性数据交换方法 ;

关键词：并行计算数据重分配环形算法蝶网算法结构性数据交换

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基于粒子滤波的一种改进的资料同化方法

物理学报 2012年第7期61卷 21-29页

作者：冷洪泽宋君强曹小群杨锦辉国防科学技术大学计算机学院长沙410073

针对在粒子数较少时传统的集合卡尔曼滤波和粒子滤波方法不能有效表征后验概率密度函数(PDF)的问题,提出了一种改进的粒子滤波方法.主要思想是在预测步之后引入更新步,并且将观测时刻与非观测时刻的同化分析进行区别处理.对典型的低维... 详细信息

针对在粒子数较少时传统的集合卡尔曼滤波和粒子滤波方法不能有效表征后验概率密度函数(PDF)的问题,提出了一种改进的粒子滤波方法.主要思想是在预测步之后引入更新步,并且将观测时刻与非观测时刻的同化分析进行区别处理.对典型的低维和高维混沌系统的仿真结果表明:改进粒子滤波方法是一种非常有效的估计非线性非高斯随机系统状态的方法.

关键词：同化非线性粒子滤波集合卡尔曼滤波

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三类大气基本波动的广义变分原理

物理学报 2012年第7期61卷 15-20页

作者：宋君强曹小群朱小谦张卫民赵军国防科学技术大学计算机学院长沙410073

半反推法是He为了寻求数学物理问题的变分原理而提出的,可避免由拉氏乘子法引起的临界变分现象.应用半反推法分别获得了动力气象中Rossby波、大气声波和重力外波等三类基本大气波动的广义变分原理,并验证了它们的正确性.

关键词：半反推法广义变分原理 Rossby波大气声波

LASG/IAP全球海洋环流模式的并行计算及其优化

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计算机工程 2003年第14期29卷 15-17页

作者：张理论宋君强李晓梅国防科学技术大学计算机学院长沙410073

研究了中国科学院大气物理研究所大气科学与地球物理实验室（LASG/IAP）的全球海洋环流模式的串行计算特点，分析了其可扩展并行性，实现了基于一维纬向剖分的分布式存储和共享存储并行计算。结合目前高性能计算机的技术特点，研究了并... 详细信息

研究了中国科学院大气物理研究所大气科学与地球物理实验室（LASG/IAP）的全球海洋环流模式的串行计算特点，分析了其可扩展并行性，实现了基于一维纬向剖分的分布式存储和共享存储并行计算。结合目前高性能计算机的技术特点，研究了并行海洋环流模式的计算优化，提出若干优化策略。

关键词：并行计算海洋环流优化策略

Distributed Parallelization of a Global Atmospheric Data Objective Analysis System

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Advances in Atmospheric Sciences 2003年第1期20卷 159-163页

作者：赵军宋君强李振军 College of Computer Science National University of Defense Technology Changsha 410073 Meteorological Center of Airforce Beijing100843

It is difficult to parallelize a subsistent sequential algorithm. Through analyzing the sequential algorithm of a Global Atmospheric Data Objective Analysis System, this article puts forward a distributed parallel algorithm that statically distributes data on a massively parallel processing (MPP) computer. The algorithm realizes distributed parailelization by extracting the analysis boxes and model grid point Iatitude rows with leaped steps, and by distributing the data to different processors. The parallel algorithm achieves good load balancing, high parallel efficiency, and low parallel cost. Performance experiments on a MPP computer arc also presented.

关键词： distributed parailelization analysis box data distribution objective analysis