基于软件框架的并行LASG/IAP海气耦合模式研究和实现

【摘要】： 对气候变化的模拟与预测是全球的热点问题。随着气候预测理论以及计算机技术的不断发展,耦合气候模式已成为数值气候预测的主流发展方向。 软件框架通过提取领域的公共特征、识别变化性需求,为领域内的应用开发提供可复用的设计以及部分的实现,能有效地提高应用开发的效率,并增强应用的可复用性、可靠性以及可移植性。采用软件框架技术是应对耦合气候模式应用复杂性的有效方法。 耦合气候模式的构建一般是通过对原有独立的气候模式进行耦合集成实现的。本文研究了LASG/IAP的LICOM1.0海洋模式和IAP4.0大气模式的原理,实现了ESMF软件框架下两个模式内部的并行化。在此基础上对两个模式进行耦合集成,设计并实现了一个基于ESMF软件框架的并行海气耦合模式。 海气耦合模式中各子模式的数据场往往分布于不同的网格上,甚至以不同物理量的形式表示。针对该问题,基于子模式与耦合逻辑相分离的模块化设计思路,本文设计了独立于子模式的耦合器以集中处理耦合逻辑。耦合器的主要功能是实现数据场在各子模式间的变换与传输。气候预测中积分的长期性要求必须保证通量在子模式间交互时的守恒性,以避免的误差积累,因此数据场在不同网格间全局积分守恒的映射是耦合器的核心问题。本文提出了球面展开拟插值映射(SOIR)算法,相对于原有的面积分重分布算法,在简化算法实现和不增加计算量的同时,提高了映射精度。 数值实验表明,耦合开销占模式总计算时间比例很小,该海气耦合模式具有较高的并行计算性能。