留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

浅水波模式半拉格朗日方法的并行研究

田华 卞建春 颜宏

田华, 卞建春, 颜宏. 浅水波模式半拉格朗日方法的并行研究. 应用气象学报, 2004, 15(4): 417-426..
引用本文: 田华, 卞建春, 颜宏. 浅水波模式半拉格朗日方法的并行研究. 应用气象学报, 2004, 15(4): 417-426.
Tian Hua, Bian Jianchun, Yan Hong. Parallelization of the semi-lagrangian shallow-water model using MPI techniques. J Appl Meteor Sci, 2004, 15(4): 417-426.
Citation: Tian Hua, Bian Jianchun, Yan Hong. Parallelization of the semi-lagrangian shallow-water model using MPI techniques. J Appl Meteor Sci, 2004, 15(4): 417-426.

浅水波模式半拉格朗日方法的并行研究

资助项目: 

国家自然科学基金 40305016

PARALLELIZATION OF THE SEMI-LAGRANGIAN SHALLOW-WATER MODEL USING MPI TECHNIQUES

  • 摘要: 该文研究的问题是分布式并行计算机消息传递方式下半拉格朗日并行算法, 重点研究二维浅水波并行模式中有关子区域过渡带(HALO)的问题和有关求解赫姆霍兹方程的并行算法。进行了一系列的对比试验, 研究在不同分辨率下模式的并行效率的问题。结果表明:采用分区域并行计算的方法, 可得到较好的并行效率。模式中使用半拉格朗日方法处理平流项是有利的, 在分辨率高时, 可有效地提高计算速度。
  • 图  1  三时间层半拉格朗日格式示意图

    (实曲线CA为流体质点的实际轨迹。长虚线CA′为一般内插格式的近似轨迹,实直线CE为RITCHIE非内插格式的近似轨迹。D,E位于格点上。BCA′的中点。质点在tn t时位于xm。αm为质点在Δt时间所走的距离)

    图  2  格点在结点上的分布示意图和HALO示意图 (在某一个结点上的格点分布)

    (灰框代表本结点的HALO,是周围结点需要与本结点交换数据的格点。4条长直线所框的点为本结点的内点。本文idxidy取为2)

    图  3  RITCHIE和SHUMANN模式在不同分辨率下单结点的计算时间

    图  4  (a) RITCHIE模式在不同分辨率和不同结点数下单结点的计算时间

    (每一结点数从左到右分辨率依次为200,150,100,75,50 km); (b) 并行加速比; (c) 并行效率; (d) 不同分辨率不同结点数下计算量倍数的比较 (计算时间的倍数指以分辨率为200 km时的计算时间为1。结点数由上而下为1,2,4,8,16,24)

    图  5  SHUMANN模式结果 (说明同图 4a)

  • [1] Ritchie H. Implimentation of the semi-Lagrangian method in a high-resolution version of the ECMWF forecast model. Mon Wea Rev, 1995, 123: 489~514. doi:  10.1175/1520-0493(1995)123<0489:IOTSLM>2.0.CO;2
    [2] Staniforth A, Cote J. Semi-Lagrangian integration schemes for atmospheric models--A review. Mon Wea Rev, 1991, 119(9): 2206~2223. doi:  10.1175/1520-0493(1991)119<2206:SLISFA>2.0.CO;2
    [3] Temperton C, Staniforth A. An efficient two-time-level semi-Lagrangian semi-implicit integration scheme. Quart J Roy Meteor Soc, 1987, 113: 1025~1039. doi:  10.1002/qj.49711347714
    [4] Chen Jiabin, Wang Jun. Studies on non-interpolating semi-Lagrangian schame and numerical solution to KDV equetion. Adv in Atmos Sci, 1996, 13(2): 265~271. doi:  10.1007/BF02656869
    [5] 董敏.半拉格朗日方法及其在数值模拟和数值预报中的应用. 应用气象学报, 1997, 8(1): 99~107. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19970113&flag=1
    [6] 廖洞贤,张玉玲. 原始方程模式的分解算法和半拉格朗日方法. 廖洞贤, 柳崇健主编. 数值天气预报中的若干新技术. 北京:气象出版社, 1995.
    [7] 陈景良. 并行数值方法. 北京:清华大学出版社, 1983.
    [8] 孙家昶, 张林波, 迟学斌, 等. 网络并行计算与分布式编程环境. 北京:科学出版社, 1996.
    [9] 冯康. 数值计算方法. 北京:国防工业出版社, 1978.
    [10] 颜宏. 大规模并行计算-21世纪气象数值模拟与预报的未来. 廖洞贤, 柳崇健主编. 数值天气预报中的若干新技术. 北京: 气象出版社, 1995.
    [11] 刘金达. 并行浅水波谱模式的初步试验. 国家气象中心科技年报, 1995 (A册).
    [12] 金之雁, 颜宏, 丁小良. 数值天气预报并行计算模式的设计与可行性讨论. 应用气象学报, 1993, 4(1):117~121. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19930122&flag=1
    [13] 金之雁, 颜宏. 有限区域模式并行计算试验. 高原气象, 1996, 15(1): 62~68. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYQX601.002.htm
    [14] 喻炜, 颜宏, 金之雁. 并行效率的初步研究. 应用气象学报, 1996, 7(1): 61~68. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19960108&flag=1
    [15] Ritchie H. Eliminating the interpolation associated with the semi-Lagrangian scheme. Mon Wea Rev, 1986, 114(1): 135~146. doi:  10.1175/1520-0493(1986)114<0135:ETIAWT>2.0.CO;2
    [16] Grammeltvedt A. A survey of finite-difference schemes for the primitive equations for a barotropic fluid. Mon Wea Rev, 1969, 97(5): 384~404. doi:  10.1175/1520-0493(1969)097<0384:ASOFSF>2.3.CO;2
  • 加载中
图(5)
计量
  • 摘要浏览量:  3399
  • HTML全文浏览量:  667
  • PDF下载量:  1858
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2003-03-03
  • 修回日期:  2003-07-29
  • 刊出日期:  2004-08-31

目录

    /

    返回文章
    返回