内陆河研究e-science中得空间建模与模拟环境分析.ppt

内陆河研究e-science中的空间建模与模拟环境分析 张耀南 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 甘肃省高性能网格计算中心 yaonan@ 提纲 内陆河研究的背景 水文-生态研究的主要过程 两个空间建模环境的分析与应用 空间建模与模拟环境遵从的原则 一、内陆河研究的背景 黑河流域位置图 基本背景 黑河干流山区流域位于甘肃河西走廊中段，流域内景观垂直分布明显，海拔4500m以上为永久冰川积雪带 ,以下依次为高山草甸与灌丛、山间盆地、中山森林和中山草甸草原带。 上游山区径流产、汇流区，中游山前平原灌溉农田绿洲区和下游天然荒漠绿洲径流散失区形成了不同的水循环和生态系统。 黑河流域研究的科学问题 上游，山区径流形成过程和变化与水源地生态保护；中游，水资源-经济-生态系统的平衡与社会化管理；下游，水量耗散、盐分积累和天然荒漠绿洲的保护与恢复。 黑河流域的综合集成研究依赖于对上、中、下游的科学问题进行深入研究。 生态水文实验观测体系 冰雪冻土带观测试验 山区植被带观测试验 山区植被带观测试验 山区植被带观测试验 山前人工绿洲带观测试验 山前人工绿洲带观测试验——芦苇种群个体间的水分共享 下游荒漠植被带观测试验 二、水文-生态研究的主要过程 黑河模型集成工作的功能划分与相互关系 以分布式水文模型为基础的表层过程建模集成研究 生态经济研究过程的PLM模型简介 PLM模型的模块 涉及其他试验研究 区域大气模式与水文模型的耦合 黑河流域NPP时空变化和驱动力模拟研究 黑河流域SVAT系统观测和模拟 SHAW模型在黑河山区植被带的应用 黑河流域不同景观带植被和碳储存能力及其与水资源的关系 研究中的模型组成 需要构建 冰川、冻土、积雪、植被、地下水模块 需要模块整合构建模型 需要模型相互耦合 需要单个模型和耦合模型的集成 需要构建分析和支持工具 三、两个空间建模环境的分析与应用 SME模块建模环境 Integrated Watershed Model PRMS/MODFLOW/DAFLOW PRMS(降雨径流模型的构造） Predictions of the runoff composition by modified-Prms at YingLuo canyon (1997～2000) WEBMODEL2模型的构造 SME空间建模与模拟环境 主要应用程序MCP、CGP、Driver结构 SME整体架构 模块构造器MCP（Module Constructor） 它的主要作用是把STELLA用图形建模建成的一个个子模块单独进行分析，然后耦合成一个整体模型。MCP结合STELLA方程式文件分析所生成的词法和语法分析程序，以及model.cc程序编译作为模块构造器。 model.cc程序的主要功能是： （1）构建SME应用数据包，Models文件作为xml文件、MML（modular modeling language）文件和eqns输入文件的目录； （2）为SME应用数据包config目录中生成配置文件； （3）为SME应用数据包UserCode目录中生成用户功能注册文件（User Function Registration file）。 模块对象层级（Module-object hierarchy）  Model Object处理执行任务的最高级控制器 Module Object Module对象处理一套Variable对象 Variable Object每个Variable对象有内在的数据结构(IDS)，在模拟期间可以被改变 Frame Object Frame对象包括一个模块的拓扑规范，通过一组point对象和单元连接，包含了向/从其它Frame中传递/转换数据的方法。 External Objects External对象经常被用于SME外部代码封装 代码生成器CGP（Code Generator） 利用SMML制定的单元模型来生成描述空间模型的C++代码 主要功能 （1）从SME命令行接口读取应用程序配置； （2）配置External Objects； （3）创建新的模块； （4）从MML文件设置域fields（一组元素，进行加法和乘法两种运算，乘法运算需分配于加法之中）； （5）读取事件event； （6）在配置文件内写入数据； （7）生成模块代码。 模拟驱动 Simulation Driver 几何学对象：保持框架（frame）目录和处理相关空间模拟配置的所有任务，如在框架（frame）和网络对象之间传输/传递数据。 网络对象：在处理器和模拟主机上处理通信。由MPI消息传递接口标准来执行（MPI，1995）。 接口对象：菜单驱动程序接口方