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Attilio Colagrossi

Esperienze di sistemi meteorologici numerici in configurazione di servizio basati su calcolo ad alte prestazioni in APAT


APAT - Dipartimento Tutela Acque Interne e Marine


Quadrics, Ltd

     Full text: PPS
     Last modified: February 18, 2005

Abstract
L'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente e per i Servizi Tecnici, di recente costituzione, incorpora le competenze tecnico-scientifiche della ex Agenzia Nazionale per la Protezione dell'Ambiente (ANPA) e dei Servizi Idrografico e Mareografico Nazionale e Geologico Nazionale dell'ex Dipartimento per i Servizi Tecnici Nazionali della Presidenza del Consiglio dei Ministri. Tra queste competenze assumono un rilevante aspetto quelle relative alla osservazione delle condizioni meteo-marine in vicinanza delle coste Italiane, e la capacità di ottenere previsioni numeriche sia meteorologiche che dello stato del mare sull'intero Bacino del Mediterraneo. Per queste finalità è stato realizzato il Sistema Idro-Meteo-Mare: per la previsione numerica dei fenomeni idrologici, meteorologici e marini che interessano il territorio nazionale.
Il modulo principale è composto da una serie di modelli in cascata, finalizzato da una parte alla previsione delle condizioni meteorologiche al suolo ad alta risoluzione, con particolare attenzione alle precipitazioni ed al vento (QBOLAM), dall'altra alle condizioni del mare su tutto il Mediterraneo (WAve Model, WAM), per il Mare Adriatico (Princeton Ocean Model, POM) ed infine all'evoluzione dei fenomeni mareali all'interno della Laguna di Venezia, con particolare riferimento al fenomeno delle acque alte (Finite Elements Model, FEM).
Il Sistema Idro-meteo-mare, gestito dal Servizio Raccolta e Gestione Dati del Dipartimento Tutela delle Acque Interne e Marine dell'APAT, viene eseguito in configurazione di servizio dal 1998 su una complessa architettura di calcolo basata su una macchina massivamente parallela. Infatti, al fine di soddisfare il requisito operativo di produrre 48 ore di previsione in poche ore, il modello meteorologico, che per la vasta area coperta e l'elevata risoluzione è di gran lunga l'elemento del sistema più pesante dal punto di vista computazionale, ha richiesto l'uso di un calcolatore parallelo. A quell'epoca si scelse di implementare il codice meteorologico sulla macchina parallela Quadrics (anche nota con il nome APE100), un'architettura SIMD che in APAT raggiunge la dimensione di 128 cpu. Il sistema produce quotidianamente 48 ore di previsione meteorologiche e marine con risoluzione di circa 10 km su tutto il bacino Mediterraneo oltre la previsione dell'elevazione del bacino Ionio-Adriatico, con una risoluzione crescente, arrivando sino a circa 5 km alle bocche della laguna di Venezia e con un dettaglio ancora maggiore al suo interno.
Dopo cinque anni di operatività del sistema, l'esperienza di APAT nel campo del calcolo scientifico ad alte prestazioni si arricchisce grazie alla scelta fatta a fine 2003 di aggiornare sia i suoi strumenti di calcolo sia i propri modelli di simulazione sviluppati per architetture parallele. APAT ha infatti deciso di affiancare al sistema operativo esistente un secondo sistema previsionale, in cui una nuova versione parallela del modello meteorologico ad alta risoluzione dovrà essere eseguita su un cluster Linux. Tale progetto, in piena fase di svolgimento, ha già prodotto i primi risultati: lo sviluppo per macchine parallele a memoria distribuita del codice PBolam (versione Fortran90 + MPI dell'originale codice sequenziale Bolam), che al momento viene eseguito su un cluster a 8 cpu Itanium II 1.4 GHz (SGI Altix 350).
In questo lavoro viene mostrato il percorso compiuto da APAT nel mondo dell'HPTC dal 1997 ad oggi. Saranno descritte le soluzioni tecnologiche adottate, le attività di sviluppo svolte e i risultati ottenuti con la prima versione dell'intero sistema previsionale. Sarà descritto il progetto tuttora in corso dando particolare attenzione all'implementazione del nuovo modello parallelo PBolam. Saranno mostrati i primi vantaggi che sono stati ottenuti sia in termini di prestazioni computazioni sia previsionali del nuovo modello, vantaggi che fanno prospettare un ampio spettro di possibili sviluppi futuri del sistema.

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