收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

面向气象预报数值模式的高效并行计算研究

张理论  
【摘要】: 大气科学尤其数值模式的发展进步与并行计算息息相关,这一点已经成为气象预报和并行计算两个领域的共识。随着并行计算技术的不断发展进步,并行计算机的规模愈来愈大,计算能力愈来愈强,这使得更为快捷、准确地进行数值预报成为可能。而预报模式能否高效地应用于高性能计算机,主要取决于模式所采用的数值方法是否可以实现有效的并行计算。 本文从气象预报数值模式分布式存储并行计算的实际需要出发,着眼于谱元素方法和有限差分的并行计算性能,研究了二维半隐谱元素浅水波模式、中国科学院大气物理研究所第三代海洋环流模式和中国新一代多尺度预报模式等三个气象预报模式的高效并行计算,设计实现了相应的应用软件。本文的主要研究成果概括如下: (1) 讨论了数值并行计算技术的发展现状及其对数值预报模式的影响,深入研究了并行计算模型、并行编程模型和数值并行软件的软件工程等问题。 (2) 关于谱元素方法及两维半隐谱元素浅水波模式的并行计算 ⅰ) 依据切比契夫多项式和勒让德多项式的计算特点,提出了一个混合局部基函数预备定理,给出了两类混合局部基谱元素格式。采用混合局部基函数可以在不降低计算精度的情况下使元素矩阵具有特定的稀疏特征,且能保持谱元素方法在元素界面上的C~0连续性。 ⅱ) 将有限元方法中的逐元素(EBE)策略应用于谱元素方法的并行计算,在PC机群上设计实现了并行应用软件PSES。研究表明:即使在网络性能瓶颈非常突出的以太网PC机群上,采用高阶谱元素方法(高于7阶)和通常的空间离散规模(32×32个元素以上)求解两维椭圆问题,可实现60%以上的8机并行效率。 ⅲ) 研究了两维半隐谱元素浅水波模式的高效并行计算,给出了离散方程的逐元素(EBE)并行求解技巧,设计了相应的并行应用软件,并在PC机群上获得高效实现。 (3) 关于中科院大气物理研究所第三代海洋环流模式的高效并行计算 ⅰ) 基于对有限差分离散的分析,提出了一个面向显式时间积分并行计算的多重叠 国防科学技术大学研究生院学位论文 边界优化模型,指出了网络速度与处理器速度间的落差使得采用冗余计算取代 部分通信成为一种具有相对优势的实用技术。结合以矩阵矢量乘积为主的迭代 计算特点,从通信量、通信计算比和并行可扩展性等方面比较分析了离散格式 对于并行计算的影响。 11)发展了国内第一个高效并行海洋环流模式:深入研究了中国科学院大气物理所 第三代海洋环流模式,分析了其串行计算特点和并行可扩展性,指出了其计算 方法上存在的对并行计算的某些限制,对该模式组织了有效并行计算,并成功 应用了包括多重叠边界在内的若干并行优化方法,在国产小型MPP系统和SGI originZoo。上都获得了较高的性能。 (4)关于中国新一代多尺度预报模式动力内核的高效计算问题 i)三维复杂核姆霍兹方程的离散求解是中国新一代多尺度预报模式动力内核中 的一个瓶颈问题,该问题的计算性能决定了整个数值模式的效率。对此,本文 提出了一种基于逐层门限技术的近似逆矩阵稀疏模式预选方法,并构造了相应 的稀疏近似逆预条件子,结合GCR算法和G州[R卫S算法,首次将逐层门限稀 疏近似逆预条件子应用于新一代多尺度预报模式动力内核的实际计算,数值实 验表明这里给出的方法可以大大提高数值模式的计算效率。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 曹小鹏;;基于GPU并行计算及在模式识别中的研究[J];计算机与数字工程;2011年08期
2 刘文卓;;CPU+GPU将开启HPC新时代[J];中国教育网络;2011年09期
3 刘希;朱凡;蔡满意;张健;陈冰;;飞行控制系统可视化仿真平台设计[J];计算机工程;2011年16期
4 郑朝晖;周蕾;张勇进;王丛胜;;基于复旦FDK250与CPU并行加解密计算的SSL VPN研究与实现[J];计算机应用与软件;2011年07期
5 何凤英;;地震噪声成像系统中任务分配算法研究[J];计算机应用与软件;2011年08期
6 李晶晶;肖大伟;;一种粗糙集并行离散化算法[J];科技信息;2011年20期
7 李彬彬;李青;;LBM在多核并行编程模型中的应用[J];计算机技术与发展;2011年07期
8 马永刚;谭国真;王启冬;;基于0-1规划的并行计算图划分模型[J];小型微型计算机系统;2011年08期
9 何勇;张必银;;多传感器数据融合并行处理方法研究[J];舰船电子工程;2011年08期
10 左军涛;朱恩成;黄四牛;周武;;基于GPU的航迹快速计算方法[J];指挥信息系统与技术;2011年04期
11 祝永志;李丙峰;孙婷婷;李佩;;并行计算系统可扩展性的研究[J];计算机工程与应用;2011年21期
12 官健;黄菲;;函数式编程语言——Erlang[J];软件导刊;2011年07期
13 段孝国;;分布式计算技术介绍[J];电脑知识与技术;2011年22期
14 段春乐;丁照宇;;云计算的关键技术及系统实例的实现[J];电脑知识与技术;2011年26期
15 杨辉华;李灵巧;覃炳达;梁琼麟;王义明;罗国安;;CloudChem—基于云计算的化学计量学软件服务[J];计算机与应用化学;2011年05期
16 孙志洁;张学磊;;被动声传感器组网的若干应用问题[J];电声技术;2011年06期
17 赵军;吴建平;宋君强;辜旭赞;;多核环境下AREM模式混合并行计算研究[J];计算机工程与应用;2011年21期
18 noto;;经典总在下一代 AMD新一代显示架构解析[J];电脑迷;2011年18期
19 毛飞;陈智骏;梁效斐;曹奇英;;使用CUDA平台关于并行高斯-约当消去法的研究与比较[J];计算机应用与软件;2011年09期
20 王连生;肖红林;郭明明;;基于MPI的不可压缩N-S方程并行计算方法[J];计算机应用与软件;2011年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范晓樯;李桦;田正雨;;超声速/高超声速飞行器复杂流场大规模并行数值仿真[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年
2 齐进;叶文华;;三维激光烧蚀瑞利-泰勒不稳定性并行计算[A];中国空气动力学学会第十届物理气体动力学专业委员会会议论文集[C];2001年
3 张望;王辉;;个性化服务中的并行K-Means聚类算法[A];2007年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(下册)[C];2007年
4 丛鹏;;MPI并行计算实现工业CT图像重建[A];2004年CT和三维成像学术年会论文集[C];2004年
5 丁国昊;罗凯;李伟;李桦;;乘波飞行器气动特性数值模拟与并行计算[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
6 罗文彩;陈小前;;并行计算的多方法优化协作[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
7 耿江东;薛正辉;高本庆;;应用并行GTD算法计算阵列天线近场受扰[A];第17届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2007年
8 唐维军;张景琳;蔚喜军;;三维流体界面不稳定性的并行计算[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
9 左风丽;莫则尧;叶文华;;计算流体三维分裂格式的高效并行计算[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年
10 杜志文;曾文华;;网格计算在文本分类中的应用[A];2006年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(三)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张理论;面向气象预报数值模式的高效并行计算研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 陈军;分布式存储环境下并行计算可扩展性的研究与应用[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2000年
3 尹欣;三维弹性问题边界元法并行计算及其工程应用[D];清华大学;2000年
4 陈晓春;基于并行计算的大涡模拟方法及其工程应用基础研究[D];西安建筑科技大学;2004年
5 王开健;基于特大增量步算法的网络并行计算[D];清华大学;2005年
6 寇哲君;可扩展冲击—接触并行计算及其在汽车碰撞模拟中的应用[D];清华大学;2003年
7 刘丽;人工免疫网络研究及应用[D];江南大学;2008年
8 张永彬;岩石破裂过程分析并行计算方法研究[D];东北大学;2007年
9 伍湘君;GRAPES高分辨率气象数值预报模式并行计算关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
10 吴锋;基于GPU并行计算的数值模拟与燃煤锅炉系统的优化研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘战合;基于复合形方法的翼型优化设计及并行计算研究[D];西北工业大学;2004年
2 金光浩;有向图并行计算中的多目标剖分算法[D];中国工程物理研究院;2005年
3 岳常智;135四气门直喷式柴油机工作过程数值计算[D];大连理工大学;2006年
4 曹大勇;O_2在MgO(100)表面吸附的第一原理分子动力学研究[D];大连理工大学;2004年
5 叶敏娇;Manticore体系结构设计[D];浙江大学;2006年
6 赵玉林;H.26L视频编码器并行性算法研究与实现[D];西南交通大学;2003年
7 吴颖;一种基于LINUX的集群计算系统的设计与实现[D];四川大学;2005年
8 彭虹;分形视频图像压缩并行算法设计[D];福州大学;2006年
9 万婷婷;并行计算的网格应用研究[D];广东工业大学;2006年
10 朱丽莎;基于GPU的一维热传导算法研究[D];暨南大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 轶嘉;英特尔全球首个并行计算中心落户无锡[N];人民邮电;2009年
2 江锡民;英特尔并行计算中心落户无锡[N];新华日报;2009年
3 刘琦;伯克利专家展望未来并行计算[N];中国计算机报;2008年
4 均儿;通用计算核动力[N];电脑报;2009年
5 本报记者 马文方;英特尔为何要牵头并行计算[N];中国计算机报;2009年
6 英特尔并行计算实验室研究员 TimothyMattson;并行计算:减少串行软件[N];中国计算机报;2007年
7 英特尔 赵军(Jun Zhao);PC机并行计算革命尚未成功[N];中国计算机报;2009年
8 ;并行计算成PC产业发展瓶颈[N];人民邮电;2008年
9 刘霞;计算能力的提升需要一场革命[N];科技日报;2010年
10 张云泉;并行计算:迎接多核时代的挑战[N];计算机世界;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978