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使用ECMWF Microphysics方案探索NWP域的高级编程模型
摘要。我们探索用于实现ECMWF的集成预测系统（IFS）的相关切线线性和相关算法的域特异性Python库GT4PY（用于Python的Gridtools）。gt4py以抽象和硬件的方式编码stenciL运算符，从而实现了更简洁，可读和可维护的Sciminifififififuction应用程序。图书馆通过将应用程序转换为有针对性的低级编码实现来实现高性能。在这里，主要目标是研究Python的控制性和性能可移植性与GT4PY相对于参考fortran代码的重写，以及由ECMWF创建的自动和手动移植变体。目前的工作是为与GT4PY python提供港口天气和气候模型的更大跨机构努力的一部分。当前工作的重点是IFS预后云微物理学方案，这是一种由综合代码表示的核心物理参数化，该代码占据了总预测模型执行时间的显着份额。为了验证数值天气预测（NWP）系统的GT4PY，我们将进一步强调了数据同化中使用的切线线性和伴随模型版本的实现和验证。我们将所有原型代码基于三个欧洲超级计算机上的所有原型代码，这些代码为特征，这些代码具有不同的图形处理单元（GPU）和中央处理单元（CPU）硬件，节点设计，软件堆栈和编译器套件。一旦将应用程序移植到gt4py到python，我们才会发现极好的
NWP相关活动，2023-2024 @SHMU 深入学习对流组织 chercheur（f/h）enModélisationocéaniquepour le climat
数值振荡。可以在雪，地面和屏幕水平变量以及表面通量中看到它们（图1）。发现振荡起源于渗透到更深雪的雪表面层最终地面层（图4）。开发了一个独立的仿真软件包，用于研究更具控制环境中的数值振荡。发现振荡是由于在表面热平衡方程中对非线性湍流传热术语H和LE的数值处理所致。线性稳定性分析（图。5,6）表明，只有H和LE组件才能变成数值溶液振荡，但只有LE组件才能导致不稳定的振荡溶液。数值振荡如果来自h期限，则往往会迅速减弱（图3）虽然它们来自LE术语，但它们可以在更长的时间段内持续（图2）。
NWP-2020-88/1 第 1 页，共 14 页 附件
* 疏浚棱柱的长度、宽度和深度各不相同；最大长度为 2,700 英尺，最大宽度为 120 英尺，最大深度为 -42 英尺平均低水位基准面。
用于空间领域感知应用的加速 AI 驱动大气预测 丹尼·费尔顿 诺斯罗普·格鲁曼公司 玛丽·艾伦·克拉多克、希瑟·凯利、兰德尔·J·阿利斯、埃里克·佩奇、杜安·阿普林 诺斯罗普·格鲁曼公司 摘要 太空激光和监视应用经常受到大气效应的影响。气溶胶、云和光学湍流引起的大气衰减和扭曲会产生有害影响，从而对任务结果产生负面影响。2019 年 AMOS 会议上简要介绍的一篇论文介绍了 2017 年在哈莱阿卡拉峰安装的地面仪器。这些仪器仍在积极收集数据，它们正在提供前所未有的空间环境实时表征，包括精确的大气传输损耗。虽然实时测量是理解和表征空间环境的第一步，但仅靠它们是不够的。为了优化任务规划，许多应用都需要对空间环境进行准确的短期大气预测。虽然大气预报并不是什么新鲜事，但最近随着 21 世纪人工智能 (AI) 技术的应用，大气预报的技能得到了极大提升。这些技术是高性能计算 (HPC) 和深度学习 (DL) 的结合。本演讲的主题是使用来自地面大气收集系统的 TB 级数据训练预测模型，并使用图形处理单元 (GPU) 加速其训练和推理的能力。本研究侧重于预测的三个时间尺度。这些时间尺度包括短期（0 到 60 分钟）、中期（1 小时到 3 小时）和长期（3 到 48 小时）。这些时间尺度代表激光和/或监视应用和任务的各种决策点。在短期预测情况下，多种 DL 技术应用于从光学地面站 (OGS) 收集的本地数据。这些 DL 技术包括使用 U-Net 卷积神经网络和多层感知器 (MLP) 和随机森林 (RF) 模型的集合。 MLP 用于从激光云高仪和红外云成像仪 (ICI) 等仪器收集的点数据。对于中间时间尺度，卷积长短期记忆 (LSTM) 网络和 U-Net 均使用来自 NOAA 地球静止卫星云图集合的图像进行训练。最后，组合 U-Net 和自动编码器神经网络用于训练由 HPC 数值天气预报 (NWP) 模型模拟的大气预测器以进行长期预测。NWP 会产生许多 TB 的数据，因此，使用这些神经网络是优化其预测能力的理想选择。本研究利用了多种 HPC 资源。其中包括由四个 NVIDIA Tesla V100 GPU 组成的内部 GPU 节点以及毛伊高性能计算中心 (MHPCC) 的资源。结果表明，在几乎所有情况下，这些预测技术都优于持久性，而且偏差很小。使用 HPC 和 DL 推理实时进行预测的能力是未来的重点，将在会议上报告。1. 简介大气衰减和失真降低了太空激光和监视应用的功效。特别是，云层可以部分或完全遮挡目标，并阻止或要求降低光通信系统的数据速率。但是，通过准确表征和预测大气影响，可以减轻许多负面影响。本研究的目的是开发和完善一种最先进的大气预测系统，该系统可生成高分辨率的大气衰减预测，以支持太空激光和监视应用的决策辅助。为了实现这一目标，HPC 和 AI 的进步与数 TB 的高分辨率地面和太空大气数据集合相结合。多种 HPC 资源用于处理本研究所需的地面和卫星数据，并使用四个 NVIDIA Tesla V100 GPU 加速 AI 预测技术的训练和推理。该技术用于进行多时间尺度大气预测：1 小时预测、2 小时以上预测和 48 小时预测。最长 1 小时；最长 2+ 小时；最长 48 小时。最长 1 小时；最长 2+ 小时；最长 48 小时。
用于空间领域感知应用的加速 AI 驱动大气预测 丹尼·费尔顿 诺斯罗普·格鲁曼公司 玛丽·艾伦·克拉多克、希瑟·凯利、兰德尔·J·阿利斯、埃里克·佩奇、杜安·阿普林 诺斯罗普·格鲁曼公司 摘要 太空激光和监视应用经常受到大气效应的影响。气溶胶、云和光学湍流引起的大气衰减和扭曲会产生有害影响，从而对任务结果产生负面影响。2019 年 AMOS 会议上简要介绍的一篇论文介绍了 2017 年在哈莱阿卡拉峰安装的地面仪器。这些仪器仍在积极收集数据，它们正在提供前所未有的空间环境实时表征，包括精确的大气传输损耗。虽然实时测量是理解和表征空间环境的第一步，但仅靠它们是不够的。为了优化任务规划，许多应用都需要对空间环境进行准确的短期大气预测。虽然大气预报并不是什么新鲜事，但最近随着 21 世纪人工智能 (AI) 技术的应用，大气预报的技能得到了极大提升。这些技术是高性能计算 (HPC) 和深度学习 (DL) 的结合。本演讲的主题是使用来自地面大气收集系统的 TB 级数据训练预测模型，并使用图形处理单元 (GPU) 加速其训练和推理的能力。本研究侧重于预测的三个时间尺度。这些时间尺度包括短期（0 到 60 分钟）、中期（1 小时到 3 小时）和长期（3 到 48 小时）。这些时间尺度代表激光和/或监视应用和任务的各种决策点。在短期预测情况下，多种 DL 技术应用于从光学地面站 (OGS) 收集的本地数据。这些 DL 技术包括使用 U-Net 卷积神经网络和多层感知器 (MLP) 和随机森林 (RF) 模型的集合。 MLP 用于从激光云高仪和红外云成像仪 (ICI) 等仪器收集的点数据。对于中间时间尺度，卷积长短期记忆 (LSTM) 网络和 U-Net 均使用来自 NOAA 地球静止卫星云图集合的图像进行训练。最后，组合 U-Net 和自动编码器神经网络用于训练由 HPC 数值天气预报 (NWP) 模型模拟的大气预测器以进行长期预测。NWP 会产生许多 TB 的数据，因此，使用这些神经网络是优化其预测能力的理想选择。本研究利用了多种 HPC 资源。其中包括由四个 NVIDIA Tesla V100 GPU 组成的内部 GPU 节点以及毛伊高性能计算中心 (MHPCC) 的资源。结果表明，在几乎所有情况下，这些预测技术都优于持久性，而且偏差很小。使用 HPC 和 DL 推理实时进行预测的能力是未来的重点，将在会议上报告。1. 简介大气衰减和失真降低了太空激光和监视应用的功效。特别是，云层可以部分或完全遮挡目标，并阻止或要求降低光通信系统的数据速率。但是，通过准确表征和预测大气影响，可以减轻许多负面影响。本研究的目的是开发和完善一种最先进的大气预测系统，该系统可生成高分辨率的大气衰减预测，以支持太空激光和监视应用的决策辅助。为了实现这一目标，HPC 和 AI 的进步与数 TB 的高分辨率地面和太空大气数据集合相结合。多种 HPC 资源用于处理本研究所需的地面和卫星数据，并使用四个 NVIDIA Tesla V100 GPU 加速 AI 预测技术的训练和推理。该技术用于进行多时间尺度大气预测：1 小时预测、2 小时以上预测和 48 小时预测。最长 1 小时；最长 2+ 小时；最长 48 小时。最长 1 小时；最长 2+ 小时；最长 48 小时。
一种新型红外大气探测干涉仪...
从314个Eumetsat通道重新选择了一组新的红外大气发声干涉仪（IASI）通道。在选择通道时，我们使用通道评分指数（CSI）作为元素来计算单独添加的通道对统一模型（UM）数据同化系统的一维变异分析（1D-VAR）的影响，使用通道评分指数（CSI）作为优点。然后，通过计算每个单独的通道CSI贡献来选择200个通道。与大都会官员的UM的操作使用183个通道相比，新套装共享149个频道，而其他51个通道是新的。还检查了使用相同1D-VAR方法从熵还原方法中的选择。结果表明，可以使用拟议的CSI方法以更客观的方式进行通道选择。这是因为可以在整个IASI观察光谱中选择最重要的通道。在使用UM全球同化系统进行实验试验中，与操作渠道的结果相比，新渠道在改善预测方面具有总体中性影响。然而，在对照频道运行中显示的上流层潮湿偏见在实验试验中与新选择的通道大大减少了。潮湿偏见的降低主要是由于其他水蒸气通道，这些通道对对流层水蒸气敏感。
海军规划 NWP 5-01
2.4 过程 ................................................................................................................................................ 2-4 2.4.1 确定任务来源 .............................................................................................................................. 2-5 2.4.2 审查指挥官的初步规划指导 ...................................................................................................... 2-5 2.4.3 接收情报准备作战环境简报 ...................................................................................................... 2-5 2.4.4 确定指挥关系 ............................................................................................................................. 2-5 2.4.5 分析上级指挥官的任务和意图 ............................................................................................. 2-6 2.4.6 确定指定的、隐含的和必要的任务 ............................................................................................. 2-6 2.4.7 任务列表库对海军规划过程的影响 ............................................................................................. 2-8 2.4.8 陈述行动的目的 ............................................................................................................................. 2-9 2.4.9 识别外部施加的限制 ............................................................................................................. 2-9 2.4.10 查明事实，制定规划假设 ...................................................................................................... 2-10 2.4.11 分析可用兵力和资产 .............................................................................................................. 2-10 2.4.12 确定关键因素、友军重心和决定点 ........................................................................................ 2-11 2.4.13 进行初步风险评估 ............................................................................................................. 2-11 2.4.14 制定拟议任务说明 ............................................................................................................. 2-11 2.4.15 制定指挥官意图的拟议更新 ............................................................................................. 2-12 2.4.16 制定指挥官的关键信息需求 ............................................................................................. 2-13 2.4.17 进行任务分析简报 ............................................................................................................. 2-14 2.4.18 制定指挥官的规划指导 ............................................................................................................. 2-16 2.4.19 制定评估指导 ...................................................................................................................... 2-17 2.4.20 制定警告命令 ...................................................................................................................... 2-18
海军规划 NWP 5-01
2.4 过程 ................................................................................................................................................ 2-4 2.4.1 确定任务来源 .............................................................................................................................. 2-5 2.4.2 审查指挥官的初步规划指导 ...................................................................................................... 2-5 2.4.3 接收情报准备作战环境简报 ...................................................................................................... 2-5 2.4.4 确定指挥关系 ............................................................................................................................. 2-5 2.4.5 分析上级指挥官的任务和意图 ............................................................................................. 2-6 2.4.6 确定指定的、隐含的和必要的任务 ............................................................................................. 2-6 2.4.7 任务列表库对海军规划过程的影响 ............................................................................................. 2-8 2.4.8 陈述行动的目的 ............................................................................................................................. 2-9 2.4.9 识别外部强加的限制 ............................................................................................................. 2-9 2.4.10 查明事实，制定规划假设 ...................................................................................................... 2-10 2.4.11 分析可用兵力和资产 .............................................................................................................. 2-10 2.4.12 确定关键因素、友军重心和决定点 ...................................................................................... 2-11 2.4.13 进行初步风险评估 ............................................................................................................. 2-11 2.4.14 制定拟议任务说明 ............................................................................................................. 2-11 2.4.15 制定指挥官意图的拟议更新 ............................................................................................. 2-12 2.4.16 制定指挥官的关键信息需求 ............................................................................................. 2-13 2.4.17 进行任务分析简报 ............................................................................................................. 2-14 2.4.18 制定指挥官的规划指导 ................................................................................................ 2-16 2.4.19 制定评估指导 ...................................................................................................................... 2-17 2.4.20 制定警告令 ...................................................................................................................... 2-18