[发明专利]天气雷达数据的多核并行计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气象雷达数据处理方法，尤其是一种利用多核计算机实时处理雷达扫描数据的方法，具体地说是一种天气雷达数据的多核并行计算方法。

背景技术

众所周知，计算机CPU在单核心的的频率达到近乎极限以后，CPU进入多核时代。所谓的多核是指在一枚处理器中集成两个或者多个完整的计算引擎。

多核编程，很重要的一点就是要将多个CPU核同时运转起来，提高CPU的利用率，也就是要提高多核CPU的加速比系数。

但是并不是任何时候都可以同时将多个核运转起来，比如一些不能并行化执行的代码，特别是使用了锁的代码，它的执行是串行化的，无法同时利用多个核，还有负载平衡问题，多个任务无法划分得很均匀，导致实际情况中有些任务先运行完，有些任务后运行完，先运行完的CPU核就处于空闲状态。

多核计算的运用场合是针对大量数据并需要针对大量的数据需要复杂的计算的情况，在数据量很大且对数据的运算量很大的气象领域极为适用。

在中尺度气象领域，由于中尺度现象无论在空间上还是在时间上的分辨率都很高，要求业务数据预报模式或者数值研究模式在空间上和时间上的分辨率尽量高，模式运行的时间尽量短。因此对计算机的计算速度要求很高，多核并行计算是一条很好的解决方案。

新一代天气雷达具有很高的时间和空间分辨率，尤其双线偏振雷达，所能探测到的数据量数倍于常规的多普勒雷达，对超大规模的天气雷达数据的处理，计算的复杂程度比较大，计算的时间开销显著。因此，对于这种大规模数据进行并行处理就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的是针对目前的雷达数据处理过程中由于待处理数据的关联性较强，造成各CPU核运行的忙闲不均，时间开销大的问题，发明一种先将雷达数据格点化成互不相关的数据送入各自的CPU核独立运行，最后进行合成得到所需相关气象数据的天气雷达数据的多核并行计算方法。

本发明的技术方案是：

一种天气雷达数据的多核并行计算方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，将探测到的天气雷达观测数据用球面坐标系进行存储；

其次，将存储的球面坐标系数据进行格点化处理，也就是把球面坐标系下的空间分辨率不均匀的雷达数据插值到统一的笛卡尔坐标下形成空间分辨率均匀的互不相关的网格点数据；

第三，利用OPENMP程序将得到的网格点数据在各自线程的控制下进入对应的CPU核中运行即可得到相应的气象数据；

最后，将各CPU核计算所得数据进行合成即可得到所需的气象数据。

对球面坐标系数据进行格点化时，首先利用笛卡尔坐标系下的网格点的高度、格点位置计算出球坐标系中对应仰角、方位和斜距，然后根据计算出的仰角、方位、斜距在雷达球坐标系中的位置，利用内插方法给出该网格点的赋值，得到该网格点上的分析值；然后将球坐标系下的雷达数据插值到笛卡尔坐标系下的细网格上时，用径向和方位上的最近邻居发和垂直线性内插法(nearest neighbor on range-azimuth planes combined with a linearinterpolation in vertieal direction，简称NVI)方法即可得到空间连续的格点数据。

所述的NVI方法是：设定(r，a，e)是某一网格点在雷达球坐标系中的位置，r为斜距，a为方位角，e为仰角。e位于其上下相邻仰角e1和e2之间。(r，a，e₁)和(r，a，e₂)分别是经过该网格点的垂线(仰角低于20°时，垂直方向可用仰角方向近似)与其上下仰角波束轴线的交点，那么该网格点的分析值f^a(r，a，e)可以用这两点的分析f^a(r，a，e₁)和f^a(r，a，e₂)进行垂直线性内插得到，即：

f^a(r，a，e₁)＝[w_e1f^a(r，a，e₁)+w_e2f^a(r，a，e₂)]·(w_e1+w_e2)^-1

其中w_e1和w_e2为内插权重：

w_e1＝(e₂-e)/(e₂-e₁)