Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam

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Le problème de prévision numérique du temps (PNT) a attiré vivement l’intention des chercheurs du Centre du Calcul à Haute Performance (HPCC), Institut polytechnique de Hanoi. Depuis 2006, HPCC a mené …

Le problème de prévision numérique du temps (PNT) a attiré vivement l’intention des chercheurs du Centre du Calcul à Haute Performance (HPCC), Institut polytechnique de Hanoi. Depuis 2006, HPCC a mené une coopération avec le Centre de météo (CM), de l’Université nationale des sciences de Hanoi afin de pouvoir étudier et déployer les modèles de prévision météorologique sur les ordinateurs à haute performance. Grâce à cette coopération, nous avons obtenu plusieurs résultats importants, en particulier pour la recherche et le déploiement du modèle MM5.
Cependant, pour l’opération de prévison, il n’est jamais suffisamment exact d’utiliser seulement un modèle numérique quand il est appliqué dans les conditions particulières du Vietnam. À partir de cette demande, la recherche d’autres modèles de prévision météorologique est devenu un problème indispensable. Ce sont toutes les raisons pour lesquelles le modèle de prévision numérique WRF a été choisi. Parmi les autres, notamment le modèle MM5, il est une évolution et un successeur du modèle MM5 qui n’est plus supporté par les développeurs. En effet, WRF s’est développé rapidement les années dernières, il est presque neuf au Vietnam. Si mon mémoire de fin d’études réussit bien, ce sera la première fois que le modèle WRF est utilisé au HHPC et aussi au CM.
La perspective de ce mémoire se concentre non seulement sur le déploiement du modèle WRF mais encore une importante partie se concentre sur recherche de la façon pour exploiter les résultats de prévison chez les utilisateurs ordinaires.

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  • 1. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam RemerciementsJe tiens d’abord à remercier Monsieur le Professeur. Dr. NGUYEN Thanh Thuy quim’a dirigé pour mon mémoire de fin d’études universitaires. Sans son initiative, ceprojet naurait pas été achevé. Je tiens à lui exprimer toute ma reconnaissance pourson dévouement, la confiance quil ma accordée, sa rigueur et la qualité descommentaires et suggestions sur mes travaux.Je tiens également à remercier Dr. NGUYEN Huu Duc, Dr. TA Tuan Anh pourm’avoir aidé et aussi m’avoir donné des conseils importants.Je remercie infiniment Monsieur le Professeur. Dr. PHAM Ky Anh, Directeur duCentre de la Calcul à Haute Performance, Université nationale de Hanoi pour sapermission de rechercher et déployer le système sur deux superordinateurs les pluspuissants au Vietnam.Je remercie également Monsieur PHAN Van Tan, enseignant-chercheur du Centrede Météo, Université nationale de Hanoi pour ses conseils précieux, son soutienainsi que pour sa gentillesse tout au long de mon stage de fin d’études. Ce travailn’aurait pu être accompli sans son aide.Je remercie beaucoup Monsieur DOAN Trung Tung, Monsieur LE Duc Tung etMonsieur Tran Tuan Tu au Centre de Calcul à Haute Performance pour leurs aidestechniques.Ma gratitude s’adresse aussi aux professeurs à l’Institut Polytechnique de Hanoi(IPH) pour m’avoir transmis de bonnes connaissances concernant le savoir et lesavoir-faire qui sont utiles pour mon mémoire.Je voudrais remercier particulièrement mes professeurs de français pour leurs bonsconseils dans la rédaction du mémoire.Finalement, j’exprime mon entière reconnaissance à ma famille et mes amis pourleurs soutiens, leurs aides, leurs encouragements et leurs conseils sincères. Hanoi, le 18 mai 2008 TRAN Viet TrungTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  1
  • 2. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Table des matièresRemerciements .......................................................................................................... 1Liste des figures ......................................................................................................... 4Liste des tableaux ...................................................................................................... 5Liste des abréviations ................................................................................................ 6Prologue 7CHAPITRE I Modèle Weather Research and Forecasting (WRF) ................... 9 1. Introduction ....................................................................................................... 9 2. Architecture du modèle WRF ......................................................................... 10 2.1. Initialisation.............................................................................................. 10 2.2. WRF-VAR pour cœur ARW .................................................................... 11 2.3. Cœurs dynamiques (ARW & NMM) ....................................................... 11 2.4. Les paquets de physique........................................................................... 12 2.5. Outil de post-traitement du WRF ............................................................. 12 3. Sous modèle WRF ARW ................................................................................ 15 3.1. Le Système de prétraitement (WPS) ........................................................ 16 3.2. Initialisation du modèle ARW ................................................................. 21 3.3. Cœur WRF ARW ..................................................................................... 25 4. Conclusion ...................................................................................................... 27CHAPITRE II Calcul à haute performance avec WRF ................................... 28 1. Matériel ........................................................................................................... 28 1.1. Bkluster .................................................................................................... 28 1.2. IBM eServer Cluster 1350 ....................................................................... 28 1.3. IBM eserver Cluster 1600 ........................................................................ 29 2. Environnement du logiciel .............................................................................. 30 2.1. Compilateurs et langage de programmation demandés ........................... 30 2.2. Les bibliothèques optionnelles ................................................................. 30 3. Domaines de calcul ......................................................................................... 31 3.1. Domaine de calcul au Bkluster. ............................................................... 31 3.2. Domaine de calcul au IBM eserver 1350. ................................................ 31 3.3. Domaine de calcul au IBM eserver 1600. ................................................ 33 4. Données du modèle ARW .............................................................................. 34 4.1. Données météorologiques ........................................................................ 34TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  2
  • 3. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  4.2. Données géographiques ........................................................................... 34 5. Déploiement des modules du ARW ................................................................ 34 5.1. Module WPS ............................................................................................ 34 5.2. Module ARW ........................................................................................... 38 6. Conclusion ...................................................................................................... 40CHAPITRE III Évaluation des expériences ...................................................... 41 1. Introduction ..................................................................................................... 41 2. Les expériences réalisées sur Bkluster ............................................................ 41 2.1. Mode séquentiel ....................................................................................... 41 2.2. Mode parallèle .......................................................................................... 42 3. Comparaison de la performance entre trois systèmes ..................................... 44 4. Conclusion ...................................................................................................... 46CHAPITRE IV Application du modèle WRF au Centre HPC ........................ 47 1. Introduction ..................................................................................................... 47 2. Structure du Système ...................................................................................... 48 2.1. Module de contrôle automatique du modèle WRF .................................. 49 2.2. Extraction de champs météorologiques par le script NCL ...................... 51 2.3. Mise en carte de la structure de la base de données. ................................ 53 2.4. MeteoAPI ................................................................................................. 54 2.5. Gadget IPHmétéo pour Google Desktop ................................................. 58 3. Conclusion ...................................................................................................... 64Conclusion 65Référence 66Annexe 67TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  3
  • 4. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Liste des figuresFigure I-1 Les composants du modèle WRF ............................................................. 10Figure I-2 Graphique NCAR et RIP4 ....................................................................... 13Figure I-3 Image de GrADS ...................................................................................... 14Figure I-5 Le Composants du Système du modèle ARW ......................................... 16Figure I-6 Système de prétraitement ......................................................................... 17Figure I-7 Initialisation du modèle ARW ................................................................. 22Figure I-8 Initialisation pour les cas de données idéaux ........................................... 23Figure I-9 Initialisation pour les cas de données réels .............................................. 24Figure I-10 Coordonnée de pression hydrostatique suivant le terrain ...................... 25Figure I-11 Emboîtement du modèle ARW .............................................................. 26Figure II-1 Comparaison de la performance de calcul entre trois systèmes. ............ 29Figure II-2 Domaine Vietnam1 ................................................................................. 31Figure II-3 Domaine DNA_nested ............................................................................ 32Figure II-4 Domaine DNA-nested2 .......................................................................... 33Figure II-5 Exécuter les programme du WPS ........................................................... 35Figure II-6 Définir un domaine du modèle WRF ..................................................... 36Figure III-1 Mode séquentiel .................................................................................... 42Figure III-2 Temps dexécution influencé par MPICH et la communication ........... 42Figure III-3 L’influence de la quantité de processeurs ............................................. 43Figure III-4 Temps moyen au cas optimal de trois systèmes................................... 45Figure III-5 Comparaison entre Bkluster et IBM 1350............................................. 46Figure IV-1 Produire des images météorologiques................................................... 47Figure IV-2 Structure du système déployé au Centre HPC ...................................... 48Figure IV-3 Automatisation du modèle WRF........................................................... 49Figure IV-4 Les étapes principales du module d’extraire les champsmétéorologiques ........................................................................................................ 52Figure IV-5 Le structure de la base de données ........................................................ 53Figure IV-6 le processus de traitement d’une demande par MeteoAPI .................... 56Figure IV-7 IPHMétéo .............................................................................................. 60Figure IV-8 Les trois états d’affichage de l’IPHmétéo ............................................. 61Figure IV-9 IPHmétéo en version Français, Anglais et Vietnamien ........................ 62Figure IV-10 IPHmétéo sur la galerie de Google ..................................................... 63Figure IV-11 Prévision météorologique à 14 : 55’ le 16 mai 2008 .......................... 63TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  4
  • 5. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Liste des tableauxTableau I-1 Parallélisme dans le WPS ................................................................... 21Tableau III-1 Temps moyen influencé par le nombre de processeurs sur Bkluster.. 44Tableau III-2 Temps moyen influencé par le nombre de processeurs sur IBM 135044Tableau III-3 Temps moyen influencé par 8 processeurs sur IBM 1600 ................. 44Tableau IV-1 Structure de l’IPHmétéo ..................................................................... 61TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  5
  • 6. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Liste des abréviationsNWP : Numerical Weather PredictionWRF : Weather Research and ForecastingMM5 : The Fifth-Generation NCAR / Penn State Mesoscale ModelGRIB : GRIdded BinaryHPCC : High Performance Computing CentreCM : Centre de MétéoNCAR : National Center for Atmospheric ResearchNCEP : National Centers for Environmental PredictionPNT : Prévision Numérique du TempsMMM : Numerical Model MetadataNAM : North Amercian MesoGFS : Global Forecast SystemAVN : Aviation ModelXML : Langage de balisage extensibleWSF : WRF Software FrameworkARW : Advanced Research WRFGrADS : Grid Analysis and Display SystemTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  6
  • 7. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam IntroductionLe problème de prévision numérique du temps (PNT) a attiré vivement l’intentiondes chercheurs du Centre du Calcul à Haute Performance (HPCC), Institutpolytechnique de Hanoi. Depuis 2006, HPCC a mené une coopération avec leCentre de météo (CM), de l’Université nationale des sciences de Hanoi afin depouvoir étudier et déployer les modèles de prévision météorologique sur lesordinateurs à haute performance. Grâce à cette coopération, nous avons obtenuplusieurs résultats importants, en particulier pour la recherche et le déploiement dumodèle MM5.Cependant, pour l’opération de prévison, il n’est jamais suffisamment exactd’utiliser seulement un modèle numérique quand il est appliqué dans les conditionsparticulières du Vietnam. À partir de cette demande, la recherche d’autres modèlesde prévision météorologique est devenu un problème indispensable. Ce sont toutesles raisons pour lesquelles le modèle de prévision numérique WRF a été choisi.Parmi les autres, notamment le modèle MM5, il est une évolution et un successeurdu modèle MM5 qui n’est plus supporté par les développeurs. En effet, WRF s’estdéveloppé rapidement les années dernières, il est presque neuf au Vietnam. Si monmémoire de fin d’études réussit bien, ce sera la première fois que le modèle WRFest utilisé au HHPC et aussi au CM.La perspective de ce mémoire se concentre non seulement sur le déploiement dumodèle WRF mais encore une importante partie se concentre sur recherche de lafaçon pour exploiter les résultats de prévison chez les utilisateurs ordinaires.Mon mémoire se compose donc des chapitres suivants :Chapitre I : « Modèle Weather Research and Forecasting (WRF) »On présentera dans ce chapitre des connaissances du modèle de prévisionmétéorologique WRF. On présentera en détail ensuite le sous-modèle WRF ARW(Advanced Research WRF), ses composants et la relation entre eux.Chapitre II : « Calcul à haute performance avec WRF »On abordera en détail toutes les étapes et la façon de déployer le modèle sur lessuperordinateurs à haute performance.Chapitre III : « Évaluation des expériences »On réalise et analyse des résultats obtenus en faisant des expériences. Lesévaluations concernent la recherche de la façon d’exécution optimale du modèle surtous les trois systèmes. On se concentre également sur la comparaison de laperformance entre eux.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  7
  • 8. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Chapitre IV : « Application du modèle WRF au Centre HPC »Ce chapitre illustrera un système professionnel déployé au centre HPC afin depouvoir exploiter les données de sortie du modèle WRF. Le système permetd’approvisionner les bulletins de météo chez les utilisateurs ordinaires au Vietnam.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  8
  • 9. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam CHAPITRE I Modèle Weather Research and Forecasting (WRF)   1. Introduction La prévision météorologique [1] est une application des connaissances en météorologie et des techniques modernes de prises de données et d’informatique pour prédire l’état de l’atmosphère à un temps ultérieur. L’histoire de la prévision du temps remonte aux temps immémoriaux avec les oracles et devins, mais la science moderne date vraiment de la fin du XIXe siècle et du début du XXe siècle. Elle s’est cependant affirmée depuis la deuxième Guerre mondiale alors que les moyens techniques comme le radar et les communications modernes ont rendu l’accès aux données plus rapide et plus nombreuses. Les lois régissant le comportement de l’atmosphère sont dérivées de la mécanique des fluides. On peut les résoudre, grâce à des modèles mathématiques et des superordinateurs. Ce sont les modèles numériques de prévision météorologique, parmi lesquels le modèle WRF est un représentant typique de ces méthodes. Théoriquement, le Modèle Weather Research and Forecasting (WRF) [2] est un système numérique méso-échelle de nouvelle génération pour la recherche et les prévisions météorologiques. Cest une évolution et un successeur du modèle MM5. WRF est du domaine public et disponible gratuitement. Il présente des coeurs dynamiques multiples, un système dassimilation de données en 3 dimensions variationnelles (3DVAR) et une architecture de logiciel tenant compte du calcul en parallèle et de lextensibilité du système. WRF permet un large éventail d’applications à des échelles spatiales allantes de quelques mètres à quelques centaines kilomètres, entre lesquelles : • Prévision météo • Simulation idéalisée (LES, convection, ondes baroclines) • Paramétrisation atmosphérique • Assimilation de données • Processus de couplage Les efforts pour développer le WRF ont principalement été une collaboration entre National Center for Atmospheric Research (NCAR), National Oceanic and Atmospheric Administration (le National Centers for Environmental Prediction (NCEP) et Forecast Systems Laboratory (FSL), Air Force Weather Agency (AFWA), Naval Research Laboratory, Oklahoma University, et Federal Aviation Administration (FAA). WRF permet aux chercheurs la capacité daccomplir des simulations reflétant des données réelles ou des configurations idéalisées. WRF TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  9
  • 10. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam fournit des prévisions opérationnelles dun modèle qui est flexible et efficace, enoffrant les avances dans la physique, numeric et lassimilation de donnéescontribuées par la communauté de recherche.2. Architecture du modèle WRFLes composants principaux du modèle WRF sont représentés dans la figure I-1 ci-dessous. Ce sont : • Le framework de logiciel WRF (WSF) fournit linfrastructure qui loge les cœurs multiples dynamiques. • Les paquets de physique qui branchent le cœur par une interface standard de physique. • Les programmes de linitialisation. • Le système de lassimilation de données d’observation du WRF (WRF-Var). • Les cœurs multiples dynamiques.Il y a deux cœurs dynamiques disponibles jusquà maintenant dans le WSF : CœurARW (Advanced Research WRF) développé essentiellement à NCAR et cœurNMM (Nonhydrostatic Mesoscale Model) développé à NCEP. Framework de logiciel du WRF Données observées, Système de post- reanalyses, du traitement du WRF, outil modèle global ... graphique WRF-VAR  Figure I-1 Les composants du modèle WRFLa suite de ce chapitre se consacre à la description de ces différents modules.2.1. InitialisationWRF peut être exécuté avec les conditions initiales qui sont analytiquement définiespour les simulations idéalisées, il peut être également exécuté en utilisant desdonnées interpolées dune analyse du modèle global pour les cas de données réelles.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  10
  • 11. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Les cas dépreuves tant 2D que 3D pour les simulations idéalisées sont fournis. Enplus, plusieurs cas d’épreuves pour les simulations de données réelles sontégalement fournis, qui comptent sur le système de prétraitement venu dun paquetexterne qui convert les données GRIB dans un format convenable qui est ingéré parle processus de traitement de données réelles du WRF.Les programmes qui produisent les conditions initiales spécifiques pour la fonctionde cas de données idéals ou de cas de données réelles utilisent la même façon. Ilsfournissent les informations ci-après à cœur dynamique du WRF: • Les données dentrée qui est sur létalement horizontal et vertical correct • La référence hydrostatiquement équilibrée • Les métadonnées spécifiant de telles informations que la date, les caractéristiques physiques et les détails de projection.2.2. WRF-VAR pour cœur ARWLassimilation de données est la technique par laquelle les observations sontcombinées avec un produit de prédiction météorologique numérique pour améliorerl’estimation de létat atmosphérique. Les différences entre lanalyse et lesobservations sont réduites selon leur erreur perçue. Traditionnellement, lesobservations sont celles « directes » de température, dhumidité, et de vent desrapports de surface et de radiosonde. Car les techniques de télédétectionrétrogradent peu à peu, les observations « indirectes » sont de plus en plusdisponibles pour des chercheurs et des modeleurs opérationnels. Lutilisationefficace de ces observations indirectes pour lanalyse objective nest pas commune,les méthodes généralement utilisées comportent les techniques de variationstridimensionnelles ou quadridimensionnelles (« 3DVAR » et « 4DVAR »,respectivement), qui est probablement aussi bien employées pour des observationsdirectes.WRF-VAR est utilisé seulement pour le modèle ARW.2.3. Cœurs dynamiques (ARW & NMM)Les cœurs dynamiques du modèle WRF sont les composants les plus importants. Lerôle du cœur est de traiter les données d’entrée pour relever les résultats deprévision météorologique. Évidemment, le temps d’exécution du modèle dépendbeaucoup de la performance du cœur. Advanced Research WRF (ARW) et Non-Hydrostatic Mesoscale (NMM) sont deux cœurs dynamiques du modèle WRF. Onpeut considérer que le modèle WRF se compose de différents sous-modèles avecmême architecture mais en différents codes de cœurs correspondant au modèleARW ou au modèle NMM.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  11
  • 12. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Voici quelques caractéristiques essentielles du cœur ARW et du cœur NMM. Grâceà ces informations, on peut trouver le meilleur cœur du modèle correspondant à destâches différentes. • Les caractéristiques communes. - Recherche de physique atmosphérique - Cas d’étude de recherche - Opération professionnelle de prédiction météorologique numérique du temps réel et recherche de système de pronostics - Lenseignement de la dynamique et de PNT • Pour ARW seulement. - Recherche du climat régional et de la période saisonnière - Applications du Coupled-model* (par ex. locéan, la chimie). - Simulations idéalisées à beaucoup d’échelle (par ex. convection, les signes de baroclinic, les grandes simulations de tourbillon) - Recherche dassimilation de données.2.4. Les paquets de physiquePour la simulation du climat réel et faire des simulations avec les résolutionsgrossières, un ensemble minimal des composants de physique est exigé, parexemple : la radiation, la couche limite, la surface de terrain, la convection, ladiffusion de tourbillon de sous-grille et la microphysique. Puisque le modèle estdéveloppé pour la recherche et aussi pour les opérations, les plans de physiquesophistiqués et les plants de physique simples sont nécessaires dans le modèle. Lesobjectifs du développement de physique WRF sont dimplémenter un ensemblefondamental de la physique dans le modèle WRF et de concevoir une interface dephysique facile à utiliser.Les options de physique du WRF tombent dans plusieurs catégories, chaquecatégorie entretient plusieurs options. Les catégories de physique sont :la microphysique, le cumulus, la couche limite planétaire (PBL), le modèle de lasurface de terrain et la radiation.2.5. Outil de post-traitement du WRFCe sont les logiciels qui permettent de visualiser les données sorties en graphique.Les données de sortie sont dans le format de netCDF peuvent essentiellement êtrevisualisée en utilisant nimporte quel logiciel capable de traiter ce format dedonnées. Actuellement trois programmes utilités de post-traitement sont soutenus,NCL, RIP4, ARWpost (le convertisseur à GrADS et à Vis5D). NCL et RIP4TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  12
  • 13. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam peuvent seulement lire des données dans le format de netCDF, tandis quARWpostpeut lire des données dans le format de GRIB1 et netCDF. a. NCL, Graphique NCARGraphique NCAR [3] était un outil graphique très populaire qui est très biendocumenté et largement utilisé. Il fournit les ingrédients de base pour créer desfigures complexes grâce à des fonctions / routines qui peuvent être appelées par desprogrammes en Fortran ou en C. Une interface de programmation pour loutil degraphiques NCAR a été développée : NCL (NCAR Command Language, langage decommande NCAR). Les interfaces de programmation fournissent laccès à desutilitaires graphiques complexes comme la détection de contours, la projection surla carte de la terre et le tracé de vecteurs vitesse. Linterface C est majoritairementconstruite au-dessus de linterface Fortran. NCAR est distribué sous la licencepublique générale GNU.   Figure I-2 Graphique NCAR et RIP4 b. RIP4RIP4 [4] est un programme Fortran qui invoque des routines Graphiques NCARpour but de visualiser des ensembles de données météorologiques, essentiellementdes données des modèles numériques meso-échelles. Il peut aussi être utilisé pourvisualiser les données d’entrée du modèle ou les analyses de sortie sur les grilles dumodèle. Il a été développé depuis 1991, essentiellement par Mark Stoelinga tant àNCAR quà lUniversité de Washington. RIP est un composant officiel du modèleTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  13
  • 14. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam WRF, mais il pourrait potentiellement être utilisé avec la production de nimportequel modèle numérique meso-échelle.Le programme est conçu pour être portatif à nimporte quel système UNIX qui a uncompilateur Fortran 77 ou Fortran 90 et la bibliothèque Graphique NCAR. c. GrADSGrid Analysis and Display System (GrADS) [5] est un outil danalyse et devisualisation interactif de données en sciences de la terre. Les données sontgénéralement 4D (latitude, longitude, altitude et temps). Les opérations du GrADSpeuvent être exécutées directement sur les données en entrant les expressionscomme le langage FORTRAN à la ligne dinstruction et en mode interactif.D’ailleurs, un ensemble riche des fonctions intégrées est fourni. En plus, lesutilisateurs peuvent ajouter leurs propres fonctions comme les routines externesécrites dans nimporte quel langage de programmation. La syntaxe dexpressionpermet des opérations complexes, par exemple : de grandes quantités de donnéespeuvent être exécutées avec les expressions simples.   Figure I-3 Image de GrADSTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  14
  • 15. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  d. Vis5DPour avoir des images de visualisation en 3 dimensions de données de sortie dumodèle WRF, on peut utiliser le programme Vis5D, qui était le premier logiciellibre de visualisation en 3 dimensions de données météorologiques.   Figure I-4 Logiciel Vis5DParmi lesquels, Graphiques NCAR était le programme le plus populaire pourvisualiser les données de sortie du modèle puisqu’il peut produire des images devisualisation de qualité. Grâce à son interface de programmation, NCL, on peutmanipuler facilement les champs météorologiques de donnée en utilisant un grandnombre de bibliothèques disponibles pour le modèle WRF.3. Sous modèle WRF ARWComme je l’ai déjà mentionné dans le précédent secteur, on peut considérer queWRF se compose de différents sous-modèles de même architecture mais endifférents codes de cœurs correspondant au modèle ARW ou au modèle NMM. Afinde servir l’opération de prévision météorologique au Vietnam, après avoir consultéles chercheurs expérimentés du Centre de Météo, nous avons le grand plaisir dechoisir le modèle ARW comme le but de recherche approfondie. Les connaissancesprésentées ici constituent donc une base solide pour moi de bien déployer lemodèle.Les composants de système du modèle ARWLa figure suivante montre lordinogramme pour le modèle ARW de la version 2 :TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  15
  • 16. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  Ideal 2D Ideal 2D Ideal 3D hill Squall line supercell Ideal 2D Ideal 3D grav baroclinic Waves Données géographiques NCAR graphics statiques NCL WRF-Var WPS OUTPUT RIP4 Données du modèle global (NAM,GPS,RUC, ARWpost NNRP) (GRADS/Vis5D)   Figure I-5 Les Composants du Système du modèle ARW3.1. Le Système de prétraitement (WPS)Le système de prétraitement (WPS) est un ensemble de trois programmes dont lerôle collectif est de préparer la donnée d’entrée au programme « real.exe » pour lessimulations de données réelles. Chaque programme exécute un stade de lapréparation : le « geogrid » définit des domaines et interpole des donnéesgéographiques statiques aux grilles; « ungrib » extrait des champs météorologiquesdes fichiers au format de GRIB; et le « metgrid » interpole horizontalement leschamps météorologiques extraits par « ungrib » aux grilles définies par « geogrid ».Le travail qui est d’interpoler verticalement les champs météorologiques auxniveaux eta de WRF (eta levels) est maintenant exécuté dans le programme« real.exe ».TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  16
  • 17. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam    Figure I-6 Système de prétraitementLécoulement des données entre les programmes du WPS est montré dans la figureci-dessus. Chacun des programmes WPS lit des paramètres dun fichier namelistcommun, comme montré dans la figure.Ce namelist a des parties séparées pour chacun des programmes et dune partiepartagée, qui définit des paramètres utilisés par plus quun programme WPS. Il y aencore des fichiers de table supplémentaires qui sont utilisés par les programmesindividuels ne sont pas montrés dans la figure. Ces tables fournissent le contrôlesupplémentaire sur lopération des programmes, bien que généralement ils naientpas besoin dêtre changés par lutilisateur.Fonction de chaque programme du WPSProgramme geogridLe but de « geogrid » est de définir les domaines de simulation et d’interpoler desensembles de données terrestres différentes aux grilles-modèles. Le domaine desimulation est défini en utilisant des renseignements spécifiés par lutilisateur dansla partie « geogrid » du fichier namelist.wps. Par défaut, en calculant la latitude et lalongitude pour chaque point de grille, « geogrid » interpolera des catégories de sol,la catégorie dutilisation de terrain, l’altitude de terrain, la température moyenannuel du sol profond, la fraction de végétation mensuel, lalbédo de neigemaximum aux grilles-modèles.Ensembles de données globaux pour chaque champ sont fournis par le site InternetMMM et doivent seulement être téléchargé une seule fois. Plusieurs des ensemblesde données sont disponibles pour une seule résolution, mais dautres sont disponibledans les résolutions de 30”, 2’, 5’ et 10’. Lutilisateur na pas besoin de téléchargertoutes les résolutions disponibles pour un ensemble de données, bien que leschamps interpolés soient généralement plus représentatifs si une résolution dedonnées du source était près de laquelle du domaine utilisé de simulation. Pourtant,TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  17
  • 18. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam les utilisateurs qui sattendent travailler avec les domaines ayant des écartements degrille qui couvrent une grande gamme peuvent vouloir finalement télécharger toutesles résolutions disponibles des données terrestres.En plus du fait dinterpoler les champs terrestres implicites, le programme« geogrid » est assez général pour être capable dinterpoler la plupart des champscontinus et catégoriques aux domaines de simulation. Les ensembles de donnéesnouvelles et supplémentaires peuvent être interpolés au domaine de simulation parlaide du fichier de table, GEOGRID.TBL. Le fichier GEOGRID.TBL définitchacun des champs qui seront produits par « geogrid »; il décrit les méthodesdinterpolation d’un champ, aussi bien que lendroit d’hébergement où lensemble dedonnées de ce champ est trouvé.La production de « geogrid » est écrite au format E/S de WRF API et ainsi, enchoisissant le format E/S NetCDF, « geogrid » peut écrire sa production au formatNetCDF pour la visualisation facile en utilisant des paquets de logiciel externes.Programme ungribLe programme « ungrib » lit des fichiers GRIB, interprète les données et les écritdans un format simple, appelé le format intermédiaire. Les fichiers GRIBcontiennent des champs météorologiques variables aux temps et sont au format dunautre modèle global, comme le NAM de NCEP ou les modèles de GFS. Leprogramme « ungrib » peut lire les fichiers GRIB en version 1 et 2. En effet, lesfichiers GRIB contiennent plus de champs météorologiques qui sont nécessairespour initialiser WRF. Tant les versions du format de GRIB utilisent des codesdifférents pour identifier les variables dans le fichier, « Ungrib » utilise des tablesdes codes - appelé Vtables, qui contient la liste des variables - pour définir quelssont les champs pour extraire et pour écrire au format intermédiaire. Vtables sontfournis avec le programme « ungrib ».D’ailleurs, Vtables sont disponibles pour le format des grilles NAM 104 et 212, leNAM AWIP, GFS, la Réanalyse NCEP/NCAR archivée à NCAR, RUC (lesdonnées de niveau de pression et les données de coordonnée hybrides) etl’AGRMET AFWA qui rapporte la production de surface du modèle. Lesutilisateurs peuvent créer leur propre Vtable pour dautre production du modèle enutilisant nimporte quel Vtables comme un gabarit,« Ungrib » peut écrire des fichiers de données intermédiaires à un de trois formatsdutilisateur-selectable suivants : • WPS - un nouveau format contenant des renseignements supplémentaires utiles pour optimiser l’exécution des programmes du modèle WRF. • Le SI - le format intermédiaire précédent du modèle WRF.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  18
  • 19. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • Le format de MM5, qui est inclus ici pour que « ungrib » puisse être utilisé pour fournir les données d’entrée au format GRIB2 au système du modèle MM5.Certes, nimporte quel format peut être utilisé par WPS afin d’initialiser le modèleWRF, mais le format de WPS soit recommandé.Les données météorologiques du modèle global pour « ungrib » :Les fichiers GRIB sont séparés en plusieurs sections, les sections, avant chaqueenregistrement, décrivent quelles données sont contenues dans lenregistrement(paramètres, temps de début, temps de prévision, résolution de la grille etc.) et ladernière section contient les données binaires elles-mêmes. Les principales donnéesdisponibles sont : • Réanalyses NCEP/NCAR : « NCEP/NCAR Reanalysis Project » est un projet commun entre les NCEP (National Centers for Environmental Prediction) et le NCAR (National Center for Atmospheric Research). Le but de ce projet était de fournir de nouvelles analyses atmosphériques en utilisant les données historiques et ainsi produire lanalyse de létat de latmosphère actuelle. Ces données globales ont une résolution de 2.5 x 2.5 degrés, elles sont disponibles toutes les 6 heures depuis 1948. • Réanalyses ECMWF (format GRIB): La réanalyse appelée ERA-40 a été effectuée par le « European Centre » for « Medium-Range Weather Forecasts » (ECMWF) pendant des années de 1957 à 2001. Le ECMWF avait déjà effectué une réanalyse pendant la période de 1979 à 1993, le projet ERA-15, mais le projet ERA-40 est beaucoup plus complexe, puisquil recouvre quarante années. De plus, ce projet est dautant plus complexe quil couvre des périodes où les avancées technologiques en matière dobservations météorologiques ont été très importantes, notamment avec lapparition et la généralisation de lutilisation des satellites. Comme précédemment les données sont globales et disponibles à une résolution de 2.5 x 2.5 degrés toutes les 6 heures. • Prévisions NCEP GFS/AVN (format GRIB): Un modèle numérique de prévision qui produit en temps réel des données de prévision jusquà 360 heures (15 jours).Les données de réanalyse sont des données obtenues à partir des modèles lancés surplusieurs années en mode d’assimilation de données. Des données dobservationssont donc introduites au modèle. Selon le type de simulation que lon souhaiteeffectuer, lutilisation de certains types de données est préférable. Dans le cadre deTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  19
  • 20. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam simulations à long terme, les données de réanalyse sont très utiles. Par contre poureffectuer des prévisions, les données GFS/AVN sont appropriées.C’est pour ces raisons qu’il est préférable dutiliser des données GFS/AVN, en effetla compréhension des phénomènes passés permet notamment, en comparaison avecles simulations numériques, daméliorer les modèles de prévision utilisés enintégrant le maximum dobservations. Cela revient à utiliser le maximum dedonnées disponibles pour mieux décrire les phénomènes atmosphériques.Programme metgridLe programme « metgrid » interpole horizontalement les données météorologiquesau format intermédiaire qui sont extraits par le programme « ungrib » sur lesdomaines de simulation que le programme « geogrid » a bien défini. La productioninterpolée par « metgrid » peut alors être ingérée par le programme « real.exe ».Les durées de temps interpolées par « metgrid » sont définies dans la partie "share"de liste de nom du fichier namelist.wps de WPS, ils doivent être spécifiéesindividuellement dans le namelist pour chaque domaine de simulation. Puisque letravail du programme « metgrid », comme cela du programme « ungrib », estdépendant de temps, le programme « metgrid » est initialisé chaque fois qu’ondirige une nouvelle simulation.Le contrôle de comment chaque champ météorologique est interpolé est fourni parle fichier METGRID.TBL. Concrètement, le fichier METGRID.TBL fournit unesection à chaque champ et dans une section, il est possible de spécifier des optionscomme les méthodes dinterpolation. La production de « metgrid » est écrite dans leformat dE/S WRF API et ainsi, en choisissant le format dE/S NetCDF, « metgrid »peut écrire sa production au format NetCDF pour la visualisation facile en utilisantdes paquets de logiciel externes, en incluant la nouvelle version de RIP4.Parallélisme dans le WPSSi les dimensions des domaines traités par le WPS deviennent trop grandes pour sesituer dans la mémoire dune seul unité centrale, il est possible d’exécuter leprogramme « geogrid » et le programme « metgrid » dans une configuration demémoire distribuée.Pour compiler « geogrid » et « metgrid » à lexécution en mémoire distribué,lutilisateur doit avoir des bibliothèques MPI installées sur la machine prévue et doitavoir compilé WPS en utilisant une "options de configuration" de "DM parallel".Lorsque la compilation réussie, les programmes « geogrid » et « metgrid » peuventêtre exécutés avec linstruction mpirun (du MPICH) ou poe (du MPI de l’IBM AIX1600), selon la machine.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  20
  • 21. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Comme on la mentionné plus tôt, le travail du programme « ungrib » nest pasdisponible à la parallelization et, de plus, les exigences de mémoire pour letraitement de « ungrib » sont indépendantes des exigences de mémoire de« geogrid » et de « metgrid » ; ainsi, « ungrib » est toujours compilé pour une seulunité centrale et dirigé sur une seule unité centrale, sans tenir compte sur "option deconfiguration" de "DM parallel" a été choisie pendant la configuration.Programme ParallelizationGeogrid.exe OuiUngrib.exe NonMetgrid.exe Oui Tableau I-1 Parallélisme dans le WPSChacun des formats dE/S de WRF API standard (NetCDF, GRIB1, binaires) a unformat parallèle correspondant, dont le code est donné en ajoutant 100 à la valeurdio_form (par exemple, io_form_geogrid) pour le format standard. Il nest pasnécessaire dutiliser un io_form parallèle, mais quand on l’a utilisé, chaque unitécentrale lira (écrira) sa donnée d’entrée (ou de sortie) sur un fichier séparé, dont lenom est simplement le nom qui serait utilisé pendant lexécution série, mais avecune carte didentité dunité centrale de quatre chiffres ajoutée au nom.Par exemple, exécuter « geogrid » sur quatre unités centrales avecio_form_geogrid=102 créerait geo_em.d01.nc.0000, geo_em.d01.nc.0001,geo_em.d01.nc.0002 et geo_em.d01.nc.0003 pour le domaine grossier.Pendant lexécution dans la mémoire distribuée, les domaines-modèles sontdécomposés dans les pièces rectangles. Par conséquent, si un parallèle io_form estchoisi pour la sortie de « geogrid », « metgrid » doit être dirigé en utilisant le mêmenombre dunités centrales quont été utilisés pour diriger « geogrid ». De même si unparallèle io_form est choisi pour les fichiers de sotie « metgrid », le programme« real.exe » doit être dirigé en utilisant le même nombre dunités centrales.Évidemment, il est toujours possible dutiliser une seule norme io_form en dirigeantsur plusieurs des unités centrales, dans ce cas, toutes les données d’entrée et mêmede sortie sont distribués. Comme une note finale, quand « geogrid » ou « metgrid »sont dirigés par plusieurs des unités centrales, chaque unité centrale écrira sonpropre fichier de journal (log file), avec les noms des fichiers étant ajoutés avec lesmêmes codes de carte didentité dunité centrale de quatre chiffres qui sont utiliséspour les fichiers dE/S de WRF API.3.2. Initialisation du modèle ARWIntroductionTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  21
  • 22. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Le modèle ARW a deux grandes classes de simulations quil est capable deproduire: Ceux sont avec une initialisation idéale et ceux utilise les données réellespour linitialisation.Ci-dessous, nous allons présenter tous les deux types d’initialisation du modèleWRF ARW.   Figure I-7 Initialisation du modèle ARWLa sélection du type de simulations de prévision est faite en exécutant l’instruction«./compile ». Si lutilisateur choisit « ./compile em_real », le programmedinitialisation sera construit en utilisant un des modules prévus du cas de donnéesréelles (un des fichiers ./WRFV2/dyn_em/module_initialize_*.F). Pour chaqueprogramme d’initialisation, la même sorte dactivités continue à faire : • Lire les données du fichier namelist • Allouer lespace de mémoire • Calculer létat de base (états de l’initialisation) • Initialiser le reste de variables • Produiser le fichier de condition initial (wrfinput_d*, wrfbdy_d*)Le cas de données réelles fait un peu de travail supplémentaire : • Lire les données dentrée approvisionné par le WPS ou le SI) si ce sont les données du WPS, calculer la pression sèche de surface, les niveaux (level) du modèle et interpoler verticalement des données • Calculer le profil de température de référence (différence avec les cas idéals, tenir compte des normes saisonnières) • Préparer des champs de sol pour lutilisation dans le modèle (linterpolation verticale aux niveaux demandés)TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  22
  • 23. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • Faire les chèques pour vérifier les catégories de sol, terrain dutilisation, le masque de terrain, la température de sol, la température de surface de la marine. Tous ce sont en accord lun avec lautre • Les 3D données (u, v, t, q, ph) sont couplés avec les facteurs de carte (sur létalement correct) et le total « mu »Initialisation pour les cas de données idéalesLe programme "idéal" est une alternative dans le système ARW. Il permet de faireinitialisation pour les cas de données idéals. Typiquement, ce programme nexigeaucun de donnée d’entrée. Le programme « ideal.exe » se concentre seulement auxles travaux de recherche, donc on ne fait pas les recherches approfondies ici. Ideal 2D Ideal 2D Ideal 3D hill Squall line supercell Ideal 2D Ideal 3D grav baroclinic Waves   Figure I-8 Initialisation pour les cas de données idéauxLes cas de données idéales disponibles sont comme ci-dessous : • Squall2d_x (test/em_squall2d_x) - La ligne de rafale 2D (x, z) utilisant la microphysique de Kessler et 300 m^2/s fixés viscosité. - La condition période utilisé dans l’axe y pour que le modèle 3D produise la 2D simulation. - La vitesse v devrait être le zéro et il ne devrait y avoir aucune variation dans l’axe y aux résultats. • Squall2d_y (test/em_squall2d_y) - Même comme squall2d_x, sauf avec (x) tourné à (y). - La vitesse u devrait être le zéro et il ne devrait y avoir aucune variation dans l’axe x aux résultats.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  23
  • 24. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • La simulation de supercellule en quart-cercle 3D (test/em_quarter_ss). - Les supercellules mouvantes à gauches et à droites sont produites. • L’écoulement sur une colline en forme de cloche 2D (x, z) (test/em_hill2d_x) - Avec la demi-largeur de 10 kms, la longueur de grille de 2 kms, la colline de 100 m de haut, l’écoulement de 10 m/s, - N=0.01/s, domaine de 30 kms de haut, 80 niveaux, les limites ouvertes radiatives, absorption de la limite supérieure. - Ce cas est dans le régime hydrostatique linéaire. • Vagues baroclinic 3D (test/em_b_wave).Initialisation pour les cas de données réellesLe cas de données réelles était très important dans le modèle ARW avec lequel onpourra exécuter le modèle jour après jour pour servir des opérations de prévisionmétéorologique. Ce sera donc également le type d’initialisation du ARW déployé aucentre HPC. Donées géographiques statiques WPS Donées du modèle global (NAM,GPS,RUC, NNRP) Source externe de donnée Système de prétraitement du WRF   Figure I-9 Initialisation pour les cas de données réellesLes données réelles sont fournies par le Système de Prétraitement (WPS).Fonctionnellement, WPS produit les données de sortie qui sont introduites ensuiteau programme « real.exe » comme les données d’entrée. WPS envoie des donnéesci-dessous qui sont prêts à être utilisées dans le programme « real.exe »: • Les données d’entrées au format E/S de l’API de WRF. • Les données ont déjà été interpolé horizontalement au point de grille correct pour chaque variable.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  24
  • 25. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • Les données météorologiques 3D du WPS : u, v, theta, mélange de ratio • Les données 3D de surface du WPS : la température de sol, lhumidité de sol, le liquide de sol • Les données météorologiques 2D du WPS : La totale pression de surface sèche • Les données statiques 2D : Le terrain, les catégories de terrain, les informations de sol, les facteurs de carte, Coriolis, la rotation de projection, les données interpolées mensuelles. • La matrice 1D de la coordonnée verticale • Constants : la taille du domaine, la date, les listes de champs optionnels disponibles, le coin latitude/longitude3.3. Cœur ARW du WRFLe coeur ARW a pour un modèle complètement compressible et nonhydrostatique(avec une option hydrostatique). Sa coordonnée verticale est une coordonnée depression hydrostatique suivant le terrain. Létalement de grille est la C-grilleArakawa. De plus, le modèle utilise les projets 2D et 3D dintégration de tempsdordre Runge-Kutta et projets à l’ordre 2D de 6D dadvection dans les directionstant horizontales que verticales.   Figure I-10 Coordonnée de pression hydrostatique suivant le terrainLe modèle ARW (avec cœur ARW) soutient une variété de capacités. Celle-ciinclut : • Les simulations avec les données réelles et les données idéalisées • Les options de conditions limites latérales différentes pour les simulations avec les données réelles et les données idéalesTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  25
  • 26. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • Les options complètes de physique • Bien-déterminé-positif dadvection • Non-hydrostatique et hydrostatique (loption à la durée dexécution) • Emboîtement « one-way », « two-way », emboîtement mouvant • Analyse en trois dimensions. • Assimilation des données d’observation.Emboîtement du ARWLARW soutient la technique d’emboîtement horizontal qui permet la résolutiondêtre concentrée sur une région dintérêt en présentant une grille supplémentaire (oules grilles) dans la grille de simulation. Certes, cette implémentation d’emboîtementest en façons semblables aux implémentations dans dautre modèle méso-échelle(par exemple MM5). Mais, lamélioration importante du technique d’emboîtementde linfrastructure du ARW par rapport aux techniques utilisées dans dautresmodèles est la capacité de calculer efficacement en parallèle la simulation avec desgrilles d’emboîtement.Actuellement, il est possible de choisir un emboîtement dit « two-way » ou « one-way ». En « one-way » seul le domaine grossier peut affecter le domaine plus fin.Les conditions limites du domaine fin sont dérivées de celles du domaine grossierpar interpolation. En « two-way » les résultats sur le domaine fin peuvent affecter lasolution sur le domaine grossier, par conséquent linteraction est totale entre lesdifférents domaines.   Figure I-11 Emboîtement du modèle ARWTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  26
  • 27. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam 4. ConclusionDans ce chapitre on a eu une vue globale de différents modules composant dumodèle WRF et en particuler une vue globale du système du sous modèle WRFARW. Ceci a permis une première approche et était indispensable pour pouvoirensuite utiliser le modèle ARW à bon escient. Les chapitres qui suivent,mentionnent son application à la réalité.À partir de ce chapitre, le nom «Modèle WRF » est utilisé pour indiquer le modèleWRF ARW puisque ce nom est utilisé plus populairement.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  27
  • 28. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  CHAPITRE II Calcul à haute performance avec WRFGrâce aux connaissances théoriques du modèle de prévision météorologiqueWRF,On sera le déployer sur les ordinateurs à haute performance. Ce travail permet derenforcer les connaissances théoriques et également d’apporter le premier résultat leplus important afin qu’un système professionnel de prévision météorologique soitbien construit et appliqué au Vietnam.1. MatérielLe modèle WRF sera déployé sur tous les trois superordinateurs à hauteperformance : Bkluster, IBM eserver 1350, IBM AIX eserver 1600. Le déploiementdu modèle sur BKluster a pour but d’exploiter les prévisions vers les utilisateursordinaires. En revanche, Le modèle WRF sera déployé sur tous les deuxsuperordinateurs du centre HPC de l’université nationale de Hanoi pour êtreexploité par les chercheurs du Centre de Météo (CM), Université Nationale deHanoi.1.1. BklusterCentre HPC est équipé un cluster comportant : • 2 Nœuds de calcul. Chaque nœud se compose d’un processeur avec coeur double Intel Xenon 2.66 GHz, mémoire centrale : 2 GO, disque dur 80 GO. • 1 Nœud de serveur se compose d’un processeur avec coeur double Intel Xenon 3.0 MHz, mémoire centrale : 1 GO, disque dur 240 GO • Interfaces réseau : GEthernet. • Système dexploitation : CenOS 5 • Compilateur : Fortran, C, C++ du Portland Group version 7.0 • Bibliothèque de programmation par passages de messages : MPICH 1.2.7 et MPICH 2 – version 1.0.3 • Performance totale du système : ≈ 10 GFlops.1.2. IBM eServer Cluster 1350 • 8 Noeuds de calcul, Chaque noeud se compose de deux processeurs Intel Xeon Dual Core 3.2 GHz, 2GB RAM, 1x36 GB HDD, DVD ROM. Performance totale du système (8 noeuds) :≈ 51.2 GFlops • 2 Noeuds de stockage, Chaque noeud se compose de deux processeurs Intel Xeon Dual Core 3.2 GHz, 3 GB RAM, 4x72 GB HDDTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  28
  • 29. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • 1 Noeud de gestion, se compose un processeur Intel Xeon Dual Core 3.2, 3 GB RAM, 2x36 GB HDD • Équipement de stockage : IBM EXP400 Ultra320 SCSI Storage Enclosure, 10x73 GB HDD SCSI 320 MBps 15KRpm, système de fichier disque- partagé : GPFS pour Linux v2.3.0.5 • Système d’exploitation : HĐH Redhat Enterprise Linux 3.0 • Interfaces réseau : GEthernet1.3. IBM eserver Cluster 1600 • 5 Nœuds de calcul pSeries 655, Chaque nœud se compose de 4 CPU Power 4+ 64 (2core) bit RISC 1.7 GHz du IBM; cache 5.6MB ECC L2, 128MB ECC L3, largeur de bande du cache : 72.3 GBps; 32GB RAM, largeur de bande du mémoire 51.2 GBps; 6x36 GB HDD. Performance totale du système (5 nœuds) : 240 GFlops (limite d’enlargir : 768 GFlops/16 noeuds). • 1 nœud de gestion CSM p630: Power4+ 64 bit (2 core) 1.2 GHz; cache 1.5 MB ECC L2, 8MB ECC L3, Largeur de bande du cache: 12.8 GBps; 1GB RAM, Largeur de bande du mémoire : 6.4 GBps; 6x36 GB HDD, DVD ROM. • 1 Nœud de contrôle du matériel HCM: Intel Xeon 3.06 GHz, 1GB RAM, 40 GB HDD, DVD RAM. • Tous les nœuds se connectent par HPS (Switch à haute performance), Largeur de bande : 2GBps GEthernet. • Équipement de stockage partagé : IBM DS4400 et EXP700 connectent au Système IBM 1600 par Cable optique 2Gbps. 300 250 200 150 Performance de calcul 100 50 0 Bkluster IBM eserver 1350 IBM eserver 1600 Figure II-1 Comparaison de la performance de calcul entre trois systèmes.La figure II-1 montre que la performance de calcul du système IBM AIX eserver1600 était la plus haute de tous les trois. Pourtant, la performance réelle dans lesproblèmes concrets ne reflète pas totalement comme ceci montré dans cette figure.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  29
  • 30. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam 2. Environnement du logiciel2.1. Compilateurs et langage de programmation demandésLe modèle WRF est écrit en langage Fortran (comme Fortran 77, Fortran 90). Parmiles composants du modèle WRF, RSL et maintenant RSL_LITE, qui sassoit entreWRF et linterface MPI est écrit en langage C. Il y a aussi des programmesauxiliaires qui sont écrits en C pour exécuter lanalyse syntaxique et la constructionde fichiers.Donc, un compilateur C est aussi nécessaire pour compiler des programmes et desbibliothèques externes.Supplémentairement, le mécanisme de bâtiment du WRF utilise plusieurs langagede script : perl (pour manipuler les tâches différentes comme le navigateur de code),Cshell et Bourn Shell. Les outils traditionnels de traitement de texte sous UNIXsont utilisés : make, M4, sed et awk.Le WRFSI est surtout écrit dans le langage Fortran 77 et le langage Fortran 90 avecquelques routines en langage C. Les scripts de Perl sont utilisés pour diriger lesprogrammes et Perl/Tk est utilisé pour GUI ( interface graphique pour l’utilisateur).“Make” est utilisé dans la construction de tout executables.2.2. Les bibliothèques optionnellesLa seule bibliothèque qui est presque toujours exigée est le paquet netCDF [6]dUnidata, puisque le modèle WRF utilise les bibliothèques netCDF pour lire etécrire les données de sorties et les données temporaires en format netCDF.Pour la mémoire distribuée, il faut installer une bibliothèque de programmation parpassages de messages (MPICH, PVM) [7]. Parmi toutes les versions du MPICH, laversion 2 du mpich est recommandée.En ce qui concerne les programmes utiles pour visualiser les données temporairesdu modèle, on a besoin également des bibliothèques du Graphique NCAR installéssur le système.Par ailleurs, il y a trois bibliothèques qui seront exigées par le programme ungribpour soutenir lÉdition GRIB 2 [8] de compression. • JasPer (une implémentation de la norme JPEG2000 pour la compression "lossy") • Zlib (une autre bibliothèque de compression, qui est utilisée par la bibliothèque PNG) • PNG (la bibliothèque de compression pour la compression "lossless")TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  30
  • 31. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam 3. Domaines de calculEn considération de la performance totale de trois systèmes (BKluster,IBM eserver1350, IBM eserver 1600), des expériences et des résultats, les différents domainesde calcul seront utilisés pour chaque système.3.1. Domaine de calcul au Bkluster.La performance totale du système BKluster était plus faible, c’est la raison pourlaquelle le domaine à calcul est déterminé le plus petit. La résolution horizontale dece domaine (Figure II-2) composant 112x61 points est de 18km. En plus, cedomaine recouvre seulement le Vietnam. Pour servir les opérations de prévisionfondamental comme la prévision de température, la prévision de condition du ciel,ce domaine est acceptable.Les paramètres du domaine Vietnam1 : e_we = 61, e_sn = 112, geog_data_res = 30s, dx = 18000, dy = 18000, map_proj = lambert, ref_lat = 15.8, ref_lon = 105.4, truelat1 = 15, truelat2 = 15, stand_lon = 105,   Figure II-2 Domaine Vietnam13.2. Domaine de calcul au IBM eserver 1350.Le premier domaine (Figure 2-1) recouvre lAsie du Sud-est: 5-30o N, 90-125o E. Ilse compose de 50x70 points avec la résolution horizontale égale à 54km.Verticalement, ce domaine se divise en 23 niveaux sigma à partir de la surfacejusquà 100mb.Les paramètres du domaine DNA_nested : e_we = 70,61,TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  31
  • 32. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  e_sn = 50,100, dx = 54000, dy = 54000, map_proj = lambert, ref_lat = 17.5, ref_lon = 107.5, truelat1 = 17.5, truelat2 = 17.5, stand_lon = 107.5,    Figure II-3 Domaine DNA_nestedLe deuxième domaine était exactement le domaine utilisé au Bkluster. Ce domainerecouvre tout le Vietnam et il est parfaitement emboîté au premier. Utilisant lepremier domaine qui a le rayon d’observation plus large, les chercheurs pourrontfaire des prévisions de la tendance de la météo comme les saisons, les tempêtes, lesorages…TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  32
  • 33. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam 3.3. Domaine de calcul au IBM eserver 1600Évidemment, IBM eserver 1600 était le système le plus puissant des trois systèmes.C’est pourquoi ses domaines à calcul se composent de deux domaines ci-dessus etencore des domaines plus petits pour chaque région du pays. Ces petits domainesont possibilité davoir une résolution égale de 6 km pour une prévision météo plusprécise.Les paramètres du domaine DNA_nested2 : e_we = 70,61,100,70,76,97, e_sn = 50,112,64,76,79,61, dx = 54000, dy = 54000, map_proj = lambert, ref_lat = 17.5, ref_lon = 107.5, truelat1 = 17.5, truelat2 = 17.5, stand_lon = 107.5,   Figure II-4 Domaine DNA-nested2TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  33
  • 34. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam 4. Données du modèle ARW4.1. Données météorologiquesLes sources de données utilisées pour modèle ARW sont extraites à partir des autresmodèles régionaux ou des modèles globaux au format GRIB1 ou GRIB2 comme lemodèle GFS/AVN, modèle NAM… Pourtant, selon les chercheurs au Centre deMéteo, Il vaut mieux utiliser les données météorologiques extraites du modèleglobal GFS/AVN. Ces données peuvent être utilisées afin de prévoir le temps pour16 jours, lintervalle entre les prévisions est de 3 heurs, et le moment danalyse est:0h, 6h, 12h, et 18h (UTC/GMT). En réalité, les calculs effectués par un modèlenumérique voient leur fiabilité diminuer à mesure que leur échéance séloigne dumoment des relevés dobservation. Le système de prévision numérique du tempsARW sapplique donc à des échéances allant au-delà de 3 jours à partir du momentde lobservation.On peut télécharger les données chaque jour sur le site :ftp://ftpprd.ncep.noaa.gov/pub/data/nccf/com/gfs/prod/4.2. Données géographiquesModèle ARW nécessite des données de topographie, végétation, eau, type de sol.Toutes ces données sont disponibles à différentes résolutions, c’est-à-dire 1degré,30, 10, 5 ou 2 min, et 30seconds. Des données globales sont disponibles à lUSGS(US Geological Survey), elles sont téléchargeables sur :http://www.mmm.ucar.edu/wrf/src/wps_files/geog.tar.gzPour toutes les résolutions exceptées celle à 30 secondes, la base est constituée parune carte topographique en 2 dimensions (courbes de niveau). Les courbes deniveaux sont numérisées afin dobtenir un fichier de points comprenant lesparamètres topographiques suivants : longitude (X), latitude (Y), altitude (Z).5. Déploiement des modules du modèle ARW5.1. Module WPSIl y a essentiellement trois pas principaux à exécuter le Prétraitement WPS : • Définir un domaine du modèle et des domaines emboîtés avec « geogrid ». • Extraire des données météorologiques des ensembles de données GRIB pour la simulation en période avec « ungrib ». • Interpoler horizontalement des données météorologiques aux domaines du modèle avec « metgrid ».TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  34
  • 35. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Quand les simulations multiples doivent être dirigées pour les mêmes domaines, ilest seulement nécessaire dexécuter le premier pas une fois ; par la suite, les donnéesseulement variables de temps comme les données météorologiques doivent êtretraitées pour chaque simulation en utilisant tous les deux : deuxième pas ettroisième pas. Les détails de ces trois pas sont présentés ci-dessous.   Figure II-5 Processus de l’execution des programmes du WPSPas 1 : Définir des domaines du modèle avec geogridLes domaines sont définis dans la partie "geogrid" du fichier namelist.wps et, enplus, les paramètres dans la partie "share" doivent également être bien rédigés.Les champs de base à configurer sont:Dans la partie « share » du namelist.wpsmax_dom = 2,La valeur de ce champ spécifie le nombre total de domaines, en incluant le domaineparental et les domaines emboîtés dans la simulation.io_form_geogrid = 2,Ce champ signifie le format dE/S du WRF API dans lequel les fichiers de domainecréés par le programme « geogrid » seront écrits. Les options possibles sont : 1 pourle format binaire; 2 pour le format NetCDF; 3 pour le format GRIB1. Quandloption 1 est donnée, les fichiers de domaine auront un suffixe de .int; quandloption 2 est donnée, les fichiers de domaine auront un suffixe de .nc; quandloption 3 est donnée, les fichiers de domaine auront un suffixe de .gr1. La valeurimplicite est 2 (le format NetCDF).opt_output_from_geogrid_path = ./,TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  35
  • 36. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam C’est une chaîne de caractères qui signifie le chemin, relatif ou absolu, à lendroitdoù les fichiers de sortie de « geogrid » devraient être écrits et lus. La valeurimplicite est ‘. / ’.Dans la partie « share » du namelist.wpsPour définir la projection de domaines, les champs suivants doivent être bienrédigé : − MAP_PROJ: ‘lambert’, ‘mercator’, ‘polar’, or ‘rotated_ll’ ;signifie le type de la projection − TRUELAT1: Première vraie latitude − TRUELAT2: Deuxième vraie latitude (seulement pour « Lambert conformal”) − STAND_LON: le méridien parallèle à laxe yDéfinir la région couverte (les dimensions et lendroit) par le domaine grossier enutilisant les champs suivants : − REF_LAT, REF_LON : le (lat, lon) dun endroit connu dans le domaine (par défaut, le point au coeur du domaine) − DX, DY: la distance de Grille aux deux directions x et y (unité de mesure est dans mètres) − E_WE : Le nombre de points dans la direction est-ouest. − E_SN : Le nombre de points dans la direction nord-sud.   Figure II-6 Définir un domaine du modèle WRFTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  36
  • 37. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Après avoir bien configuré la partie « share » et la partie « geogrid », le programme« geogrid.exe » pourra être exécuté en façon parallèle ou non :. /geogrid.exe./mpirun –n 4 ./geogrid.exeCe message suivant serait affirmé si le programme « geogrid.exe » est bienexécuté :!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Successful completion of geogrid. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Pas 2 : Extraire des champs météorologiques des fichiers GRIB avec« ungrib ».Après avoir téléchargé des données météorologiques dans le format de GRIB, lepremier pas dans l’extraction des champs au format intermédiaire implique derédiger la partie « share » et « ungrib » du fichier namelist.wps - le même fichier quia été rédigé pour définir les domaines de simulation.Les champs de base à configurer sont:Dans la partie « share » du namelist.wpsstart_date = 2006-08-16_12:00:00,2006-08-16_12:00:00,end_date = 2006-08-16_18:00:00,2006-08-16_12:00:00,Ces champs représentent deux listes de nombres entiers de MAX_DOM élémentsqui spécifient la date de commencement et la date de fin au temps dUTC de lasimulation pour chaque domaine. interval_seconds = 21600Ce champ représente l’intervalle de secondes entre les fichiers dentréemétéorologiques variables du temps.Dans la partie « ungrid » du namelist.wpsout_format = WPS,On pourrait définir le format des données intermédiaires à être écrites par« ungrib ». Le programme metgrid peut lire nimporte quels formats comme ‘WPS’,‘SI’ et ‘MM5’.Après avoir modifié convenablement le fichier namelist.wps, un Vtable doit êtrefourni et les fichiers GRIB doivent être reliés (ou copiés) aux fichiers dont les nomssont attendus par « ungrib ». Par exemple, si les données GRIB sont du modèleGFS, cela peut être accompli par la commande suivante :TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  37
  • 38. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam > ln -s ungrib/Variable_Tables/Vtable. GFS VtablePour simplifier le travail de relier les fichiers GRIB aux fichiers que le programme« ungrid.exe » attend, on pourra utiliser un script de commandes, link_grib.csh. Lescript link_grib.csh prend une liste des fichiers GRIB comme les arguments de lignedinstruction.Sur bkluster, les données GRIB ont été téléchargées au répertoiremodelWRF/autoWRF/datas/gfs2008050412/, les fichiers sont reliés aveclink_grib.csh par les commandes suivantes :>ls ~/modelWRF/autoWRF/datas/gfs2008050412/-rw-r--r-- 1 trungtvk48 trungtvk48 14156270 May 4 23:42 gfs.t12z.pgrbf00.grib2-rw-r--r-- 1 trungtvk48 trungtvk48 15921185 May 4 23:42 gfs.t12z.pgrbf03.grib2-rw-r--r-- 1 trungtvk48 trungtvk48 15793049 May 4 23:42 gfs.t12z.pgrbf06.grib2>link_grib.csh ~/modelWRF/autoWRF/datas/gfs2008050412/gfs.t12z.pgrbf *Après avoir rédigé le fichier namelist.wps et relié le fichier Vtable approprié et lesfichiers GRIB, le programme « ungrib.exe » peut être exécuté pour produire desfichiers de données météorologiques au format intermédiaire choisi.5.2. Module ARWCertes, Le modèle ARW supporte deux grandes classes de simulationscorrespondants au cas de données idéales ou au cas de données réelles. Pourtant, lesystème de prévision météorologique WRF au centre HPCC soit un systèmeopérationnel, c’est la raison pour laquelle le modèle ARW déployé au centre HPCCutilise seulement les données réelles de sorties du système de prétraitement WPS.Comme le déploiement du module WPS, tout d’abord on doit configurer le fichiernamelist.input pour bien exécuter le modèle ARW.Les paramètres de base à configurer sont:Dans la partie « time_control » du namelist.wps &time_control run_days = 0, run_hours = 72, run_minutes = 0, run_seconds = 0, start_year = 2008, 2000, 2000, start_month = 05, 01, 01, start_day = 04, 24, 24,TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  38
  • 39. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  start_hour = 12, 12, 12, start_minute = 00, 00, 00, start_second = 00, 00, 00, end_year = 2008, 2000, 2000, end_month = 05, 01, 01, end_day = 07, 25, 25, end_hour = 12, 12, 12, end_minute = 00, 00, 00, end_second = 00, 00, 00, interval_seconds = 10800Les parameters START_YEAR, START_MONTH, START_DAY, START_HOUR,END_YEAR, END_MONTH, END_DAY, END_HOUR, INTERVAL_SECONDS serecopient de namelist.wps du module WPS.run_hours = 72,Pour la prévision en 3 jours, ce champ a toujours la valeur 72 (heures).Dans la partie « domains » du namelist.wps &domains time_step = 108, time_step_fract_num = 0, time_step_fract_den = 1, max_dom = 1, s_we = 1, 1, 1, e_we = 61, 112, 94, s_sn = 1, 1, 1, e_sn = 112, 97, 91, s_vert = 1, 1, 1, e_vert = 28, 28, 28, num_metgrid_levels = 27 dx = 18000, 10000, 3333, dy = 18000, 10000, 3333,Cette partie se compose également des mêmes paramètres du fichier namelist.wpsdu WPS. Donc, il faut fixer les mêmes valeurs de chaque paramètre dans tous lesdeux fichiers.time_step = 108,TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  39
  • 40. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam La valeur de ce paramètre était le pas de temps ‘en seconde’ pour lintégration dutemps (recommandé 6*dx en km pour un cas typique). Avec l’intervalle de la grillede calcul au Bkluster, dx=dy=18000, il faut mieux mettre « time_step=108 »num_metgrid_levels: = 27,Il signifie le nombre des niveaux verticaux de données darrivée. Comme le modèleutilise les données météorologiques du modèle global GFS, cette valeur de ceparamètre était toujours 27.Ce module se compose de deux programmes « real.exe » et « wrf.exe ». Leprocessus de déploiement du module ARW est comme ceci suivant :  Figure II-7 Processus de l’exécution des programmes du ARW6. ConclusionDans ce chapitre, on aborde précisément tous les problèmes qui concernent ledéploiement du modèle WRF, y compris : la détermination du domaine à calcul surles trois superordinateurs. Les résultats obtenus sont très importants puisque lemodèle WRF déployé a bien produit les données de prévision météorologique.Pourtant, l’exécution du modèle est encore manuelle, il manque un systèmed’automatisation des tâches et puis, le résultat de sortie est plus spécialiste. Lesutilisateurs ordinaires ont donc des difficultés à le comprendre.Les chapitres suivants se concentreront sur deux grands problèmes : • Rechercher sur la configuration d’exécution du modèle WRF le plus optimal sur chaque superordinateur. • Déployer un système professionnel qui pourra fournir directement les bulletins de météo chez les utilisateurs ordinaires.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  40
  • 41. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  CHAPITRE III Évaluation des expériences 1. IntroductionComme le modèle WRF est installé sur trois systèmes de calcul à hauteperformance : Bkluster, IBM eserver cluster 1350 et IBM eserver 1600, la questionapparue sera de comment trouver de meilleures conditions pour l’exécution dusystème de prévision météorologique WRF. En plus, la performance de calcul detrois systèmes en particulier sur l’exécution du modèle WRF sera égalementévalués. Enfin, lenvironnement le plus optimal est établi, les parties ci-dessousprécisent ces expériences ainsi que les réalisations acquises.2. Les expériences réalisées sur BklusterLe programme « wrf.exe » est le plus important du système, le résultat et le tempsd’exécution de ce module en plusieurs modes reflètent la performance du systèmeainsi que sa stabilité. Par conséquent, les critères d’évaluation ne concentrent quesur cette partie particulière du modèle.Méthode d’évaluation : • Exécuter le programme « wrf.exe » avec les données d’entrées différentes, en divers modes et le nombre de nœuds de calcul variant. • Utiliser 2 façons pour : - D’une part, on évalue le temps d’exécution du MM5 en chaque mode d’opération avec le nombre de processeurs variés. - D’autre part, on évalue le temps d’exécution en plusieurs modes avec le nombre de processeurs fixés.Cette évaluation s’est fait pendant 3 jours : 10, 11 et 12 mai 2008 et le temps moyende calcul est arrondi selon lunité de minute. Le domaine à calcul Vietnam1 estutilisé dans toutes les expériences.2.1. Mode séquentielLe programme wrf.exe est compilé par 2 compilateurs différents: pgf90 (PortlandGroup), ifort (Intel). On voit que le compilateur influence relativement le temps decalcul, si ifort est utilisé pour la compilation et lexécution du programme wrf.exe,on économise environ 10% de temps par rapport à pgf90 pour une prévision météo.En effet, l’exactitude dun programme compilé par ifort nest égale quà 1/10 decelle du programme compilé par pgf90. Ce pourrait être la raison pour laquelle lecompilateur de lIntel (ifort) cause moins de temps dopération que celui du PortlandGroup (pgf90).TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  41
  • 42. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  Mode séquentiel 120 117 108 110 100 90 80 Mode séquentiel 70 60 50 pgi 7.0 Intel 10.1.015   Figure III-1 Mode séquentiel2.2. Mode parallèleEn mode parallèle, non seulement des compilateurs mais en plus beaucoup dautresraisons influent sur le résultat du modèle. Précisément, ce sont la communicationentre les processus, le nombre de processeurs participés, la bibliothèque deprogrammation par passages de messages (MPICH) et compilateurs. 90 78 80 70 60 60 57 49 50 mpich1.2.7p1 40 mpich2‐1.0.3 30 20 10 0 2processeurs/2noeuds 2processeurs/1noeuds   Figure III-2 Temps dexécution influencé par MPICH et la communicationPremièrement, pour évaluer l’influence de la communication entre les processus, onconsidère le cas où le programme wrf.exe est exécuté en utilisant 2 processeurs/ 2nœuds et l’autre cas utilisant 2 processeurs/ 1 seul nœud. On voit que laTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  42
  • 43. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam communication entre les processus /2 nœuds différents influence fortement sur letemps de calcul du programme wrf.exe par rapport à la communication interne sur 1seul nœud. D’ailleurs, en ce qui concerne la bibliothèque de programmation parpassages de messages (MPICH), l’influence de la communication dans MPICH 1est plus forte de 25% que laquelle dans MPICH 2 de 16,6%.Deuxièmement, dans la figure, on voit également que le fait d’utiliser MPICH 2gagne le bénéfice du temps en comparaison d’autre cas avec MPICH 1. Ceci montreque le programme wrf.exe supporte mieux la bibliothèque de programmation parpassages de messages MPICH 2. Si l’on peut faire un comparaison entre le modèleWRF et le modèle MM5 que MPICH 1 convient, on sait bien que le modèle WRFest une évolution et un successeur du modèle MM5, c’est la raison pour laquelleWRF supporte mieux la nouvelle version de MPICH.Ci_après, lévaluation concentre sur la quantité de processeurs utilisés afin detrouver le plus meilleur cas pour l’exécution du modèle WRF sur Bkluster. Danscette évaluation, la bibliothèque de programmation par passages demessages MPICH 2 et le compilateur pgf90 sont choisis.   Figure III-3 L’influence de la quantité de processeursOn peut voir que le temps moyen est linéaire et il atteint le minimum quand lenombre de processeurs est égal à 4. Malheuresement, le nombre de processeurs nepeut pas augmenter pour pourvoir trouver le plus meilleur résultat, faute de nœud àcalcul.C’est pourquoi, j’utilise actuellement le domaine Vietnam1 comme le domaine dansces expériences pour l’exécution du modèle WRF sur Bkluster. Le programmeTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  43
  • 44. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam « wrf.exe » est toujours exécuté en mode parallel sur 4 processeurs avec le tempsmoyen environ 40 minutes.3. Comparaison de la performance entre trois systèmesLa dernière évaluation que je voudrais aborder dans mon mémoire de fin d’étudesest la comparaison du temps de calcul du programme « wrf.exe » entre troissystèmes qui ont bien déployé le modèle WRF.Pour garder cette évaluation objectif, on utilise le même domaine à calculDNA_nested (figure II-3) pour exécuter le modèle WRF. La configuration toutoptimale de chaque système est déterminé en utilisant les mêmes expériences surBkluster. Pourtant, l’expérience est fait une seule fois sur IBM AIX eserver cluster1600, car le système était en panne depuis le mois de mars 2008. 2 processeurs 4 processeurs Temps moyen (minutes) 108 56 Tableau III-1Temps moyen influencé par le nombre de processeurs sur Bkluster 4 processeurs 8 processeurs 16 processeurs Temps moyen (minutes) 72 50 60 Tableau III-2Temps moyen influencé par le nombre de processeurs sur IBM 1350 8 processeurs Temps moyen (minutes) 26 Tableau III-3 Temps moyen influencé par 8 processeurs sur IBM 1600La configuration la plus optimale : • BKluster - 4 Processeurs/2 nœuds - MPICH 2 – version 1.0.3 - Compilateur : pgf90 (Porlan Group) 7.0 • IBM eserver 1350 - 8 Processeurs/2 nœuds - MPICH 2 – version 1.0.3 - Compilateur de fortran : pgf90 (Porlan Group) 7.0TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  44
  • 45. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • IBM AIX eserver 1600 - 8 Processeurs/ 1 nœuds - la bibliothèque de programmation par passages de messages (MPI) du vendeur IBM - Compilateur de fortran du vendeur IBM   Figure III-4 Temps moyen au cas optimal de trois systèmesGrâce aux informations de la figure III-4, on pourrait apercevoir que IBM AIXeserver 1600 / 8 processeurs / 1 nœud ne perd qu’environs 26 minutes pour exécuterle modèle WRF (domaine DNA_nested). Au contraire, avec le même nombre deprocesseurs, IBM eserver 1350 / 8 processeurs / 2 nœuds a eu besoin du tempsdouble : 50 minutes à exécuter. C’était illogique puisqu’on ne bénéficie pasbeaucoup de performance des 8 processeurs par rapport à Bbluster avec 4processeurs.Pour comprendre mieux la situation, on fait la comparaison du temps moyennécessaire pour exécuter le modèle WRF (domaine DNA_nested) entre Bkluster etIBM eserver 1350 ci-après. Le nombre de processeurs soit le même 4.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  45
  • 46. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  80 72 56 60 40 20 Temps moyen 0 Bkluster / 4  IBM AIX 1350 / 4  processeurs processeurs   Figure III-5 Comparaison entre Bkluster et IBM 1350Sur la vue globale, la performance de 1 nœud (4 processeurs) de l’IBM eserver1350 soit plus haute que laquelle de Bkluster. Mais à cause d’une panne du système,le modèle WRF et aussi les données d’entrée (sortie) du modèle sont obligées àinstaller sur l’équipement de stockage qui attache au système par une ligne Ethernet(100 Mbps) par rapport à GEthernet. C’est la raison pour laquelle le système ne peutpas exploiter sa performance totale.4. ConclusionDans ce chapitre, on a fait des expériences afin de trouver la configuration optimalede l’exécution du modèle WRF sur tous les trois systèmes. On a aussi quelquescomparaisons entre eux. Certes, les expériences exhaustives ne peuvent pas êtrerelevées, en raison des difficultés objectives. Mais, j’ai obtenu des connaissancesprécieuses de la construction en système à haute performance. Tous les composantsdu système influencent fortement la performance totale : Un système attendrait saperformance la plus optimale si on garde l’unité de tous les composants. TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  46
  • 47. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam CHAPITRE IV Application du modèle WRF au Centre HPC   1. Introduction Comme déjà mentionné dans les chapitres précédents, les résultats de prévision météorologique du modèle pourraient être visualisés en utilisant des outils graphiques (NCAR, RIP4, …) . Parmi lesquelles, nous avons choisi d’installer Graphiques NCAR comme le programme pricipal pour nous donner des images météorologiques de qualité. Image  NCL script météorologique   Fichier au  format netCDF   Figure IV-1 Produire des images météorologiques Certes, les images météorologiques sont bien utiles pour que des chercheurs puissent les utiliser pour relever des prévisions météorologiques de l’état de météo général comme les prévisions de tempêtes, de saisons, de phénormènes spécialisés. Mais, chez les utilisateurs ordinaires, les images météoroligiques sont toujours difficile à comprendre puisqu’elles représentent beaucoup d’informations spécialisées. D’ailleurs, en ce qui concerne la météo, la question posée est toujours plus simple comme « est-ce qu’il fera beau demain ? Demain, il fera chaud ou non ? Quelle est la température aujourd’hui ? ». Alors, mon mémoire de fin d’étude se compose d’une partie importante qui a pour but de montrer une solution acceptable pour exploiter les résultats de prévision du modèle WRF de façon facile chez les utilisateurs ordinaires. TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  47
  • 48. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam 2. Structure du Système Figure IV-2 Structure du système déployé au Centre HPCComme montré sur la figure, le système que j’ai déjà bâti se compose descomposants ci-dessous : • Modèle WRF executé sur la grappe bkluster, qui joue le rôle de produire les données météorologiques pour le système. • Le programme qui contrôle le modèle WRF pour l’exécuter automatiquement jour après jour. Dans la situation actuelle, le modèle WRF est exécuté une fois par jour à 23 heures trente, comme la ligne de connection à l’Internet et les ressources de calcul n’étaient pas suffisantes au centre HPC. • Un module de traitement des données sorties du modèle pour relever les champs météorologiques fondamentaux de toutes les villes vietnamiennes et les insérer à la base de données. Ce module est programmé en utilisant le langage NCL et le langage JAVA. • Le module MeteoAPI a pour but de donner l’interface de programmation(API) qui se situe entre la base de données et les applications de représentation (le portail d’information de météo, le google gadget IPHmétéo). Utiliser le module MeteoAPI est le mieux pour séparer le structure de la base de données avec les applications de représentation. D’ailleurs, les google gadgets n’étaient pas capables de se connecter directement à la base de données. • Les applications de représentation : Ceux-ci peuvent être de n’import quel logiciel qui permet de publier les bulletins de météo en utilisant les données fournies par MeteoAPI. J’ai choisi de créer le Google gadget IPHmétéo puisqu’il pourrait avoir des avantages par rapport aux autres, selon moi.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  48
  • 49. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Selon les recommandations de mes professeurs, cette structure était bien acceptablepuisqu’il pourra montrer la solidarité durable et aussi l’indépendance entre lesmodules du système. Surtout chez le module MétéoAPI, son rôle était plusimportant pour donner la flexibilité.2.1. Module de contrôle automatique du modèle WRFLe rôle de ce module était le plus important puisque le modèle WRF fournit lesdonnées de prévision afin que le système puisse marcher bien automatiquement jouraprès jour. De plus, les configurations du modèle WRF ne peuvent pas être fixées,elles changent chaque fois. Cela perd beaucoup de temps et provoque quelques foisdes erreurs.Cest pourquoi lautomatisation du système est un problème. La solution est donclutilisation des shell-scripts sous le système dexploitation Linux.Le module de contrôle automatique du modèle se compose essentielement de cinqshell-scripts. Chaque shell-script est le responsable d’une mission précise. Parmilesquels « Maître_de_contrôle.sh » joue le rôle de contrôler et de gérer la gestion lesautres. Il transforme tous les paramètres nécessaires pour le fonctionnement dusystème au reste.   Figure IV-3 Automatisation du modèle WRFLes missions sont : • Télécharger les analyses d’entrées du modèle global AVN • Configurer les paramètres du module WPS dans le fichier namelist.wps • Exécuter le programme ungrib.exeTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  49
  • 50. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • Exécuter le programme metgrid.exe • Configurer les paramètres du module WRF dans le fichier namelist.wps • Exécuter le programme real.exe • Exécuter le programme wrf.exe • Exécuter le script NCL pour traiter les donnée de sorties du modèleJ’utilise le programme crontab sous Linux pour pouvoir faire marcherautomatiquement les shell-script à intervalle régulier.Quotidiennement, crontab appelle « Maître_de_contrôle.sh », à son tour« Maître_de_contrôle.sh » exécute alternativement les shells:Télécharger_les_données.shCe shell est responsable du téléchargement des données dentrée. Il utilise lacommande « wget » pour fonctionner. Pour la prévision maximale de 72 heures,lintervalle entre les prévisions est de 3 heures, les fichiers suivants doivent être bientéléchargé : -rw-r--r-- 1 trungtvk48 trungtvk48 14252902 May 7 23:49 gfs.t12z.pgrbf00.grib2 -rw-r--r-- 1 trungtvk48 trungtvk48 16001004 May 7 23:49 gfs.t12z.pgrbf03.grib2 À… -rw-r--r-- 1 trungtvk48 trungtvk48 15912156 May 7 23:49 gfs.t12z.pgrbf69.grib2 -rw-r--r-- 1 trungtvk48 trungtvk48 15931227 May 7 23:50 gfs.t12z.pgrbf72.grib2Les fichiers ont le format de nom de fichier comme :gfs.t ??z.pgrbf ??.grib2Par exemple « gfs.t12z.pgrbf69.grib2 » signifie des données de sorties du modèleglobal GFS/AVN avec le temps d’exécution de 12 heures (temp universel),prévision de 69 heures, au format grib2.Exécuter_WPS.shLe shell-script a pour but d’exécuter les programmes du module WPS. Il fait toutd’abord configurer les paramètres qui varient chaque jour dans le fichiernamelist.wps. Après les avoir bien configuré, le shell-script copie le fichiernamelist.wps au répertoire $Domaine_à_calcul_ROOT et puis le programmeungrid.exe est exécuté.On se souvient que la première étape d’exécution du programme geogrid.exe n’estpas nécessaire ici puisque le domaine de calcul était toujours le même. Si l’ondéfinit un nouveau domaine, On aura besoin d’exécuter le programme geogrid.exepour la première fois.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  50
  • 51. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Comme le « ungrid.exe » n’est pas capable d’exécuter parallèlement, il ne faut pasutiliser les bibliothèques MPI. Mais pour le « metgrid.exe » C’est le contraire.L’exécution de « metgrid.exe » est commencée en appellant la commande suivante :mpirun -np 2 -machinefile /home/trungtvk48/machines.LINUX ./metgrid.exeExécuter_WRF.shLes problèmes ci-dessous sont bien configurés pour exécuter deux programmes« real.exe » et « wrf.exe » : • Déposer les fichiers temporaires de l’exécution précédente. • Configurer le moment du commencement et celui de la fin des données dentrées. • Faire des liens des fichiers de sorties du WPS au répertoire où l’on fait exécuter le modèle au cas de données réelles. • Commencer les démons sur les hôtes si l’on utilise la bibliothèque MPICH2 dans le fichier mpd.hostsExéculter_NCL.shCe shell-script est le responsable de l’appel à des scripts NCL du répertoire« . /NCLscript » pour faire le post traitement des données de sortie du modèle.Les deux scripts principaux qu’il faut appeler sont : • Premièrement, le script pour extraire les données nécessaires afin que l’autre programme de JAVA puisse les insérer à la base de données. • Deuxièmement, les scripts pour visualiser les résultats de prévision du modèle. Ils créent des images météorologiques afin que les chercheurs puisse observer les conditions météo actuelles.2.2. Extraction de champs météorologiques par le script NCLPour extraire les champs météorologiques du source de fichier de sortie du modèleWRF, on a choisi de programmer un module en langage de script NCL. Je vaisprésenter le structure de ce programme.Les étapes principales sont : • Importer les bibliographies de programmation du WRF et ouvrir le fichier d’entrée au format NetCDF • Déterminer le nombre de temps dans le fichier • Retirer les champs météorologiques nécessaires • Écrire les champs retirés au fichier de sortieTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  51
  • 52. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam    Figure IV-4 Les étapes principales du module d’extraction de champs météorologiquesOn utilise l’instruction suivante pour importer les bibliothèques de programmationdu NCL load “le chemin à la bibliothèque”Parmi les bibliothèques, « WRFUserARW.ncl » est toujours exigées pour traiter lesfichiers de sortie du modèle WRF.La variable « ntimes » représente le nombre de prévison du temps fournie par lemodèle WRF. Dans le contexte de prévision de trois jours au Vietnam, l’intervalle :3 heures, la variable « ntimes » a toujours la valeur de 25 (1 + 3*24/ 3)Pour retirer les champs météorologiques, l’instruction « wrf_user_getvar » estnécessaire : il a pour but d’extraire des données du fichier au format netCDF.Diagnostics disponibles par « wrf_user_getvar » : • pressure : pression complète du modèle [hPa] • rh : Humidité relative [%]TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  52
  • 53. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  • slp : pression de niveau marine [hPa] • td2 : température du point de rosée de 2 m [C] • td : température du point de rosée [C] • tc : Température [C] • th : température potentielle [K] • tk : Température [K] • ua : La composante U de vent • va : La composante V de vent • wa : La composante W de vent • uvmet : U et V de vent tournés à la coordonnée du terre • z: Altitude complète [m]On peut egalement extraire directement les champs en utilisant l’instructionsuivante :Valeur = fichier d’entrée ->le_nom_de_la-variable( coordonnée h,x,y)Cette commande était très utile pour les variables qui ne sont pas disponibles pour« wrf_user_getvar ».2.3. Mise en carte de la structure de la base de données.Cette structure de la base de données est designée essentiellement afin de pouvoirrelever les informations fondamentales de météo de chaque zone au Vietnam auxquelles peuvent correspondre les champs météorologiques de chaque position de laterre( latitude, longitude) extraits du temps des données de sortie du modèle WRF. Figure IV-5 Le structure de la base de donnéesTRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  53
  • 54. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Dans le contexte de mon mémoire, je ne me concentre que sur la création des tablesconcernant le but de stocker des informations de prévisions météorologiques desvilles au Vietnam. Les autres tables qui intéressent le portail d’information de météone sont pas présentées ici. Ce sont les travaux des autres membres de mon équipe.Pour que l’on puisse présenter les résultats de prévision en trois languesinternationales, Chaque ville ou chaque district est nomé en trois languesVietnamien, anglais, français correspondant à trois attributs de la table tb_villes outb_districts de la base de données.2.4. MétéoAPIUne part, le module MétéoAPI fournit les données de villes, de districts,d’informations météorologiques au format XML(langage de balisage extensible) entrois langues Vietnamien, anglais et français au google gadget IPHmétéo ou autreapplication de représentation. D’autre part, ce module joue un rôle important pour determiner la conditiongénérale de météo en coordonnant les composants météorologiques fondamentauxextraits. Pour bien réussir cette fonction, On a besoin tout d’abord de connaître lesterminologies météorologiques, ci-après sont présentées les terminologiesmétéorologiques documentaires du Centre de Météo (CM), Université nationale deHanoi :Terminologie météorologique.CONDITION DE CIELDécrit la condition de ciel prédominante/moyenne basée sur dixièmes du cielcouvert par les nuages. Condition de Ciel Couverture de Nuage Nuageux 8/8 Nuages Surtout Nuageux/ Nébulosité Considérable 6/8 à 7/8 Partiellement Nuageux/Partiellement 3/8 à 5/8 Ensoleillé Presque Clair/Presque Ensoleillé 1/8 à 2/8 Clair/Ensoleillé 0/8Vent Terminologie Vitesse du Vent Direction La direction de vent est donnée comme celle dans laquelle le vent souffle.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  54
  • 55. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  Vent doux 0-20 mph Venteux 20 -30 mph Très Venteux 30-40 mph Vent fort 40-73 Ph Force dOuragan > 74 mphPrécipitations Terminologie Précipitation Bruine 1-15 mm/jour La Pluie modérée 16-50 mm/jour La Forte Pluie > 50 mm/jourHumidité Terminologie Humidité Sec 0-30% Normal 30-70% Humide 70-100%Température Terminologie Température Très Chaud > 37° Chaud 30°-37° Tiède 24°-30° Léger 21°-24° Froid 18°-21° Très Froid 15°-18° Extrémement Froid < 15°TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  55
  • 56. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Comment le MétéoAPI fonctionne-t-il ? Http://www.hpcc.hut.edu.vn/meteo_api/ Horloge rafraîchir Gadget IPHmétéo 1 - XMLHttpRequest 8 – mettre à jour 7 - XMLHttpResponse MétéoAPI Retenir les données 6 Déterminer la condition 4 météorologique 2 Produire XML Gadget IPHmétéo 3 réponse 5 Base de données Figure IV-6 Processus de traitement d’une demande par MeteoAPICette figure montre le processus de mise à jour du contenu de google gadgetIPHmétéo. Tout d’abord, le gadget envoie une demande XMLHttpRequest aprèsavoir reçu un signal d’horloge automatiquement ou si l’utilisateur le fait rafraîchir.Le module MétéoAPI qui reçoit cette demande, il fait les trois tâches ci-dessous :• Se connecter à la base de données pour retenir les données correspondantes. Il faut d’utiliser quatres paramètres (les clés primaires) pour déterminier un ensemble de données de la table tt_prévision. Ces clés primaires sont le jour, l’heure, la latitude et la longitude.• Déterminer les conditions météorologiques en considération du tableau des terminologies météorologiques. Alors, la valeur du champ de température, de précipitation ou de couverage de nuage …qui est retenue de la base de données déterminera les conditions générales de la météo.• Selon la langue demandée, le module MétéoAPI produit la réponse au format XML correspondant et puis le renvoie au client. <?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>- <weather> - <forecast_information> <city data="Hanoi" /> <district data="Ba Dinh" /> <latitude data="21.034" />TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  56
  • 57. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  <longitude data="105.837" /> <forecast_date data="2008-05-28" /> <forecast_time data="22" /> </forecast_information> - <current_conditions> <condition data="Partiellement Nuageux" /> <temp_f data="" /> <temp_c data="29" /> <imgSun data="" /> <imgMoon data="28.png" /> <imgCloud data="Partly_Cloudy.png" /> <humidity data="82%" /> <wind_condition data="Ouest : 2 m/s" /> </current_conditions> - <forecast_conditions> <day_of_week data="MER" /> <low data="28" /> <high data="36" /> <condition data="Partiellement Nuageux" /> <imgSun data="Sunny.png" /> <imgMoon data="" /> <imgCloud data="Partly_Cloudy.png" /> </forecast_conditions> - <forecast_conditions> <day_of_week data="JEU" /> <low data="27" /> <high data="35" /> <condition data="Partiellement Nuageux" /> <imgSun data="Sunny.png" /> <imgMoon data="" /> <imgCloud data="Partly_Cloudy.png" /> </forecast_conditions> - <forecast_conditions> <day_of_week data="VAN" /> <low data="26" /> <high data="33" /> <condition data="Pluie Modérée" /> <imgSun data="Sunny.png" /> <imgMoon data="" /> <imgCloud data="Moderate_Rain.png" /> </forecast_conditions> </weather>Il y a trois parties principales d’une réponse au format XML. La première partie estde donner les informations sur le lieu où l’on fait la prévision : Ville, District,latitude, longitude, date et heure de prévision.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  57
  • 58. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam La deuxième partie concerne les conditions météorologiques au moment actuel. Lesinformations se composent de la description de la condition actuelle, la température,des images représentant la condition actuelle, l’humidité et les conditions du vent.La dernière partie concerne les conditions météorologiques des jours après commele lendemain, le surlendemain… évidemment, les informations sont très utiles pourles utilisateurs qui ont besoin de connaître les prévisions de la météo.L’interface de programmation (API) du MétéoAPI.Retenir la liste de villes pour les quelles on rédige le bulletin de météohttp://www.hpcc.hut.edu.vn/meteo_api/iph_cities.jsp?langue=VN Paramètre Valeur Signification langue VN Vietnamien EN Anglais FR FrançaisRetenir la liste de districts d’une villehttp://www.hpcc.hut.edu.vn/meteo_api/iph_districts.jsp?langue=VN&iso_code=12 Paramètre Valeur Signification langue VN Vietnamien EN Anglais FR Français Iso_code Nombre entier Code de la villehttp://www.hpcc.hut.edu.vn/meteo_api/iph_weather.jsp?langue=VN&latitude=25.456&longitude=105.230 Paramètre Valeur Signification langue VN Vietnamien EN Anglais FR Français latitude Valeur réelle Latitude d’une position Longitude Valeur réelle Longitude d’une position2.5. Gadget IPHmétéo sur Google DesktopLes gadgets de bureau sont des mini-applications interactives qui peuvent êtreplacées nimporte où sur le bureau de lutilisateur - ou mises à quai dans le Sidebar -pour montrer le nouveau courrier électronique, le temps, la météo, les photos et lesnouvelles personnalisées.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  58
  • 59. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Il leur faut utiliser seulement une petite ressourcespatiale de bureau et une petite ressource informatique,comme le HDD et la RAM. Leur but est de fournir desinformations pertinentes à lutilisateur d‘une manièreindiscrète. Fondamentalement, les gadgets de bureaupermettent la vue dutilisateur sur demande, etretienent les informations des sources de donnéesprédéterminées. Idéalement, un gadget de bureau doitprésenter le contenu personnalisé, basé sur lespréférences de lutilisateur. Il doit se concentrer sur lesinformations les plus importantes quun utilisateurexige sur une base journalière. D’ailleurs, la plupartdes gadgets de bureau sont disponiblestéléchargement gratuit.À partir d’une demande d’amener les résultats desprévisions météorologiques du modèle WRF plusproches chez les utilisateurs, J’ai le grand plaisir dedévelopper un gadget, précieusement, Ce sera ungadget de Google Desktop. Parmi les autres moteursde gadget, Google Desktop procure des avantagessuivants : • Une grande communauté des développeurs grâce à laquelle je peux bénéficier des aides des personnes expérimentés. • Le moteur Google Desktop Sidebar est accompagné par défault d’un produit Google Desktop Search qui était populaire dans le domaine de recherche sur le bureau de l’utilisateur. C’est la raison pour laquelle les gadgets de Google sont bien utilisés. D’ailleurs, Google offre une galerie de gadgets pour faire de la publicité des gadgets sur le site Internet officiel. • Pour les développeurs, Google offre un kit de développement (SDK) et un blog officiel pour quiconque veut écrire des gadgets pour le Google Desktop. Ceci est bien utile et pratique.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  59
  • 60. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Structure de l’IPHmétéo Figure IV-7 IPHMétéoLes gadgets de Google sont développés en utilisant XML (langage de balisageextensible) et Javascript. Les fichiers XML jouent le rôle de définir laspect dugadget et de spécifier quelle fonction mene les actions concrètes chez les utlisateurscomme : le fait de cliquer sur un bouton, le fait de taper sur le clavier… D’autrepart, Les instructions et les classes, les fonctions qui font l’exécution d’un gadgetsont rédigé en langage Javascript dans des fichiers *.js.Ci-après le structure du gadget IPHmétéo : Nom de fichier Sorte Description en/strings.xml XML Définit des chaînes utilisées par le défaut, dans la version anglaise de ce gadget. fr/strings.xml XML Pour la version française de ce gadget. vn/strings.xml XML Pour la version vietnamienne de ce gadget. gadget.gmanifest Le fichier de Spécifie les métadonnées du gadget, manifeste comme la carte didentité ID, version, version de Desktop de Google minimale, nom et description. main.js Javascript Garde les codes du programme principal qui est responsable de la présentation des données.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  60
  • 61. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  main.xml XML Définit l’aspect du gadget Options.xml XML Définit l’aspect de la boîte à option. Options.js Javascript Manipule les fonctions de la boîte à option. Weather.js Javascript Responsable de télécharger et traiter les données de météo. City.js Javascript Responsable de télécharger la liste des villes pour lesquelles on a les données de prévision. Images/ image Des images pour le gadget Tableau IV-1 Structure de l’IPHmétéoIPHmétéo utilise Google API pour bâtir sa fonction.Caractéristiques de l’IPHmétéoIPHmétéo supporte tous les trois états d’affichage d’un gadget de bureau. Il estcapable de régler son UI (Interface de l’utilisateur) à son état d’affichage actuel.Son UI change au cas correspondant à l’extérieur du volet (non mis à quai), àl’intérieur du volet (mis à quai). Il peut également être minimisé pour conserverlespace.   Figure IV-8 Les trois états d’affichage de l’IPHmétéoEn se coordonnant avec le module MétéoAPI, IPHmétéo peut supporter troislangues : Français, Vietnamien et Anglais. Les utilisateurs peuvent choisir une destrois langues que le gadget utilise pour afficher les informations. Au contraire, pardéfaut, la langue de système sera utilisé par IPHmétéo :TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  61
  • 62. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam  try { Gadget_language = system.languageCode(); } catch (e) { Gadget_language = strings.DEFAULT_LANGUAGE; }   Figure IV-9 IPHmétéo en version Français, Anglais et VietnamienAvec les données fournies par MétéoAPI, le gadget peut afficher graphiquement lesinformations météorologiques ci-après : • La prévision des conditions météorologiques actuelles : La condition de ciel en image, la conditon de ciel en texte, la température actuelle et la caractéristique du vent. • La prévision des conditions météorologiques à trois jours : La condition de ciel en image, la température maximale et la température minimale du jour.Comment bénéficier la fonction de l’IPHmétéo ?Acctuellement, le gadget IPHmétéo est bien mis sur la galerie de Google après queles responsables ont fait les examens pour le vérifier pendant environ une semaine.À partir du 10 mai cette année, les utilisateurs peuvent le télécharger sur le site :http://desktop.google.com/plugins/i/ihpmeteo_7250.html?hl=enGoogle le présente également aux utilisateurs sur la galerie sur bureau. Je souhaitebien que l’IPHmétéo, avec la présentation de Google, sera utilisé par un grandnombre de personnes au Vietnam.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  62
  • 63. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam    Figure IV-10 IPHmétéo sur la galerie de GoogleLes évaluations au débutDès la publication de l’IPHmétéo, le gadget a attiré l’intention des utilisateurs deGoogle Desktop. Il a bien joué le rôle de représenter les bulletins de météo desrégions au Vietnam. Ci-après je voudrais bien montrer un exemple intéressant dubulletin de météo à 08 :00’ le 28 mai 2008.   Figure IV-11 Prévision météorologique à 08 : 00’ le 28 mai 2008TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  63
  • 64. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Il me semble bon puisque les informations météorologiques étaient prèsquesimilaires entre IPHmétéo, Yahoo weather et www.weather.com. En effet, Googleweather n’était pas exact à la condition de ciel.3. ConclusionUn système presque professionnel de prévision météorologique a été bien contruitau centre HPC afin de fournir quotidiennement les bulletins de météo chez lesutilisateurs ordinaires au Vietnam. En effet, le système a bien fonctionnéautomatiquement depuis le début de mai 2008. Grâce à l’IPHmétéo, les utilisateursaccédéderont facilement aux prévisions de sortie du modèle WRF. Ce-ci est unepartie importante de mon mémoire.TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  64
  • 65. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam ConclusionDans mon mémoire de fin d’études, je me suis efforcé de fournir un panorama dumodèle de prévision météorologique WRF, et puis d’établir le modèle WRF surl’environnement de calcul à haute performance : Bkluster, IBM eserver 1350 etIBM AIX eserver 1600. Mon étude se concentre également sur une partieimportante du déployement d’un système professionnel qui fournit directement lesbulletins de météo chez les utilisateurs ordinaires.Avec le système professionnel déployé, les données de prévision pour environ 700points au Vietnam sont insérés quotidienement à la base de données. Ceci signifieque la même quantité de régions a ses propres prévisions. C’est énorme enconsidération de la dizaine de points que les autres systèmes (weather.com, Yahooweather, Google weather…) fournissent pour Vietnam.Pourtant, le travail d’insérer les informations administratives de 700 points n’est pasfini, faute de temps. Ce problème sera surmonlé dans l’avenir proche.Comme les données d’observation ne sont pas disponibles, le système n’a pas lemodule WRF-VAR qui joue le rôle d’assimiler les données, et qui peut améliorer lerésultat de prévision du modèle. En suite, le système profite seulement de certainsmodes d’opération qui sont supportés par le modèle. Le fonctionnement du systèmedépend complètement des sources de données du site NCEP qui ne marche pastoujours bien.La fonction de l’IPHmétéo reste encore simple, parfois il a des erreurs. Je vais doncen priorité le développer.En conclusion, les expériences obtenues me permettent de renforcer mesconnaissances du calcul à haute performance, en particulier de l’IBM AIX eserver1600 : le système le plus fort au Vietnam. J’ai accquis des compétences derecherche, de synthèse des documents et d’établissement d’un systèmed’information avec quels j’ai une ferme confience pour mon chemin professionnel. TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  65
  • 66. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Références [1]. http://fr.wikipedia.org/wiki/Prévision_numérique_du_temps [2]. Page daccueil du WRF, http://www.wrf-model.org [3]. Page daccueil du graphique NCAR: http://ngwww.ucar.edu/ [4]. Page http://www.mmm.ucar.edu/mm5/WRF_post/RIP4.htm [5]. Page http://www.iges.org/grads/ [6]. Page http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf/ [7]. Page http://en.wikipedia.org/wiki/MPICH [8]. Page http://en.wikipedia.org/wiki/GRIB [9]. Page http://fr.wikipedia.org/wiki/Widget_de_bureau « Quản trị hệ thống Linux » - NGUYEN Thanh Thuy « IBM eServer pSeries Cluster Systems Handbook » - Mukesh Kumar Gupta, Edward EuiJoo Lee, See Poo Soh. « IBM Cluster 1600 Managed by PSSP 3.5 » - Dino Quintero, Bernhard Buehler, Peter Custerson. « Cluster Systems Management Cookbook for pSeries » - Dino Quintero, Thomas Braunbeck, Ong Swee Thye. « XL Fortran for AIX® » « IBM System Cluster 1350 Facts and Features » « User’s Guide for Advanced Research WRF (ARW) » - Wei Wang, Dale Barker, John Bray « A Description of the Advanced Research WRF Version 2 » - William C. Skamarock, Joseph B. Klemp, Jimy Dudhia, David O. Gill « Recherche et déploiement du modèle de prévision météorologique MM5 » - PHUNG Thanh Dat Site http://code.google.com/support/bin/topic.py?topic=11366 Site http://code.google.com/apis/desktop/docs/gadget_apiref.html Site http://tornado.meso.com/wrf_forum/TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  66
  • 67. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Annexe Félicitations de lÉquipe Google From: Google Help [mailto:desktop‐feedback@google.com]  Sent: Saturday, May 10, 2008 6:46 AM To: Tran Viet Trung Subject: Re: [#271117544] [PL] Plugin submission: IHP meteo Congratulations! Were happy to let you know that weve approved your gadget for the Google Desktop Gadget program. In one to two weeks, your gadget should appear on the Download Gadgets page. Once your gadget is live, you can find it by selecting the appropriate category from the links on the left side of the page and scrolling down to your listing.  In celebration of your gadget, wed like to send you a developer appreciation package. Your coupon code is 177015. To obtain your package, please contact the Google Store by phone at 1‐866‐746‐6453 or by email at googleretail@gatewaycdi.com and provide your coupon code and shipping address.  To update your gadget, simply upload the new version to the URL listed on the gadgets Google Desktop Gadget page. Additionally, you can update the information displayed on the download page by modifying the metadata in your gadgets gmanifest file. Well periodically download and scan your gmanifest files to update your gadgets information. If your updated information doesnt appear within two weeks, please let us know. For a refresher on the gmanifest file, visit http://desktop.google.com/dev/script.html#gmanifest Lastly, if you change your download URL or your gadgets screenshots, please reply to this email to let us know. Regards, The Google Team Original Message Follows: ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ From: Tran Viet Trung <viettrung.tran@yahoo.fr> Subject: [PL] Plugin submission: IHP meteo Date: Tue, 29 Apr 2008 00:59:18 ‐0700 (PDT) x‐trak‐submit_language: en x‐trak‐extra_issue:  Receive Email:true Name:IHP meteo Description:representation de linformation meteologique en utilisant le model WRF Type:SIDEBAR Platform:[WIN, MAC] Download Url:http://hpcc.hut.edu.vn/~trungtvk48/IHPmeteo.gg TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  67
  • 68. Application du modèle de prévision météorologique WRF au Vietnam Screenshot:http://hpcc.hut.edu.vn/~trungtvk48/big.gif Thumbnail:http://hpcc.hut.edu.vn/~trungtvk48/small.gif TRAN Viet Trung ‐ Filière francophone de l’Informatique  68