1、背景：

Ø CALPUFF模式系统主要包括：

Ø CALMET

Ø CALPUFF

Ø CALPOST

Ø 气象、地理数据等预处理程序

CALMET和CALPUFF模型的运算量较大，运行计算需耗费大量的时间，效率较低，不足以支撑对CALMET和CALPUFF模型业务化应用的需求。

存在问题：

1、串行计算速度慢

2、无法调用超级计算机计算资源

例如，评审会后，要求短期内重新计算CALPUFF （一个周内） 。

一些模拟项目，CALPUFF计算需要半个月甚至更长。

2、研究方法：

1、CALPUFF模型并行计算的实现

对CALPUFF模型的各个独立处理步骤进行全面的分析、集成，开发操作方便、性能可靠、基于Linux命令行的CALPUFF并行计算系统，以提高大气模拟业务的工作效率。

2、CALMET地面气象数据转换模块集成

构建并集成CALMET地面气象数据转换在线服务系统，实现CALMET地面气象数据自动标准化处理、输出等功能，构建并集成CALMET地面气象数据转换模块，实现CALMET地面气象数据自动标准化处理、输出等功能

3、CALPUFF计算在线业务系统构建

设计CALPUFF高效计算在线业务化运行方案，开发CALPUFF计算在线业务系统，包含完整用户及系统权限管理、订单服务、计算后台、计算进度监控（如短信消息提醒等方式）等功能，实现CALPUFF模型多线程计算系统的业务化运行。

3.系统简介

云计算：

云计算的逻辑：

1、海量CPU

2、海量存储

4、案例分析

唐山市重点行业大气模拟效果

Ø 建立适用于唐山的CALPUFF并行计算模型，突破CALPUFF计算量瓶颈；采用开发的3D.DAT数据、O3背景值、污染源清单数据

l   200→1400

Ø 采用天河一号计算资源开展大气预测，有力的提高了CALPUFF模型计算速度（与普通PC相比，速度提高1000倍以上）

l 1个月→1天

l 1个CPU→1000CPU

结果分析

    现状模拟结果显示，2013年唐山钢铁行业排放大气污染物对该市东北部地区影响较大，钢铁行业对唐山市各监测点SO2、NOx、PM10、PM2.5年均最大贡献浓度比例为17.77%、47.05%、20.04%、16.91%

    本研究模拟结果与唐山城市已有解析结果较为一致。唐山市环保局：冶金行业是其PM2.5主要来源（贡献率为20.67%）

本研究分析了唐山市重点行业每一个大气污染源（共1400个）对其空气质量的贡献，为下一步大气污染预警、大气污染治理提供了精确目标。

CALPUFF并行计算服务优点

1、提高运算速度，弥补了CALPUFF单线程运算方式效率较低的问题

2、基于全国高分辨率30米土地利用数据、地形数据，避免了低分辨数据对模拟效果干扰

3、同化气象场来源于全国3km×3km高分辨率地面格点实况气象数据集（融合全球的卫星、国内的174部雷达、国内5万多个自动观测站、探空观测等实时数据源），可为模式提供更为精细客观的模式初始场和边界场，极大提高了模拟准确率

4、基于全国各城市臭氧背景浓度集，改善了模型化学反应模块计算

5、精确分析每个大气污染源对区域空气质量的贡献，为排污许可、污染源解析、三线一单、规划环评等提供技术支撑

致谢

The work was carried out at National Supercomputer Center in Tianjin, and the calculations were performed on TianHe-1（A）.

此项工作是在国家超级计算天津中心的“天河一号”超级计算机上完成，感谢“天河一号”的大力支持。