好“气质”算出来 高性能计算帮山东的蓝天回家

为更好的监测空气质量，山东省环保厅启动了全省环境空气质量预报预警平台的建设，并采用浪潮天梭TS10000高性能计算系统来进行大气颗粒物浓度的预警预测和污染源分析，“知其然，也知其所以然”，从而让山东拥有更好的“气质”。

浪潮天梭TS10000

事实上，山东省近年来一直非常重视大气污染防治的监测和改进，出台了一系列的办法改善空气质量。数据显示，2015年山东 “蓝天白云，繁星闪烁”的天数为214.7天，同比增加了15.1天；重污染天数为29.9天，同比减少了4.8天；环境空气质量综合指数平均为 7.46，同比改善7.9%。

空气污染治理，谈何容易？

“不积跬步，无以至千里”，空气质量每一次看似微小的改善，都蕴藏着山东省环保厅在背后做出的大量研究、分析工作。要知 道，改善全省大气污染的前提是分析导致污染的主要源头，能源结构不合理、机动车排放、工业污染排放等都是导致大气污染的因素，而这涉及到了海量的数据计 算。

那么让我们看一下数据的复杂程度。山东全省17个地级市,县级行政单位140个,乡镇级单位1941个，机动车保有量全国 第一，工厂数量繁多，而大气污染并不是简单的计算排放量，还要考虑平流扩散、干湿沉降、气相化学、液相化学及云模式、气溶胶非均化学等多种过程。究竟哪一 个是导致大气污染的重要因素？减汽车排放量，哪些市区首当其冲？减工业排放，应从哪减起？

高性能计算为空气污染治理提供决策依据

当前，国际上主要使用统计预报和数值预报两种方法进行空气质量的监测，而数值预报凭借客观、实时、准确、高效等特点，已逐渐成为新时期下我国空气质量日报和预报工作的首选手段。

以数值预报为基础展开的环境监测，主要依靠气象基础数据结合城市本地的污染排放清单，通过计算污染排放的光化学过程实现污 染源的浓度解析和污染的流动情况，最终得出未来的预测信息。无论是计算污染排放的光化学反应过程，还是后续的污染流动，都需要大量的计算过程。因此，数值 预报的准确程度，与高性能计算机息息相关。

多模式并举，提升预测精度

在海量数据的压力下，山东省环保厅的计算设备对庞大的数值计算早已不堪重负，更无法满足人们日益增长的对大气污染预警预报准确、及时、精细的要求。建设具有强大的运算处理速度、庞大的数据存储功能、精密的逻辑分析能力等要素的高性能计算机集群系统被日益提上日程。

针对山东省环保厅的高性能计算平台建设要求，浪潮结合在环保领域多年的成功实践经验，设计构建了高性能计算系统并与合作伙伴一起为山东省环保厅提供了多模式并举的集合预报技术，集成了 WRF-CHEM、SOMKE、CMAQ等多种环境预报模式，建立省、市协同预报体系，并且加强数据后处理的能力，形成了丰富多样的预报产品，满足了省、 市辖区空气质量精细化预报的需求。

多模式并举的集合预报技术

五大系统构成强劲计算平台  支撑海量数据

除了提供多模式并举的集合预报技术，在高性能计算系统构建层面，浪潮为山东省环保厅设计构建的高性能计算机系统包含计算系统、网路系统、存储系统、管理系统及基础设施系统五大组成部分，五大系统组成一个完整、高效、稳定的集群系统。

在计算系统方面，浪潮采用“瘦节点+胖节点”结合的混合架构，配置目前x86体系中计算速度最快的Intel Xeon E5 2600V3系列处理器，计算刀片配置针对高性能计算专门定制、优化的浪潮I8000机箱，不同类型的计算节点，用于满足不同类型的计算需要，充分满足气 象模式、数据同化、集合预报等的超高计算量需求。

网络系统方面，采用Infiniband专用计算网络、以太网管理网络、IMPI硬件管理网络方案，三网相互独立。计算网 络采用全线速、无阻塞的56Gb FDR Infiniband，是目前最先进的通信网络，能极大提升数值模式计算的速度和扩展性；管理网络采用冗余设计，能保证系统节点的高可用。

存储系统上配置浪潮海量并行存储系统浪潮-IEEL，采用IO节点（NF5270M4）+磁盘阵列（AS510H），融合 了高容量、高性能、高稳定性、易管理等特性，提存储容量和每秒GB级别的IO吞吐带宽。文件系统自动将热点数据放到高速存储上，带来IO性能的极大提升。

同时，集群系统采用浪潮ClusterEngine集群监控管理和作业调度软件，极大简化集群管理和监控工作，提升集群使 用的灵活性和利用效率。ClusterEngine作业调度软件提供高级别的任务队列管理和调度功能，可以针对不同用户、不用应用设置不同的优先级别，从 而保障关键业务的正常运行，同时配置2个备份的管理节点，关键服务实现双机冗余。

除了上述之外，浪潮还提供了完备的软硬件调试服务及完善的售后培训服务体系，为此项目锦上添花，免除了用户的后顾之忧。山 东省环保厅相关人士提到：“浪潮在环保领域有丰富的高性能计算应用经验，在国内拥有众多的客户和良好的声誉。本次双方的合作本着技术共享、协同创新的理 念，后续将与浪潮展开更深入的交流与合作。”