【摘要】： 氣候模式的研究和設(shè)計(jì)一直是當(dāng)前氣候研究中一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),而大氣環(huán)流模式是世界各國用來進(jìn)行氣候預(yù)測及研究的主要模式之一。由于大氣環(huán)流模式的計(jì)算量和存儲量非常大,所以大氣模式的發(fā)展與高性能并行計(jì)算的發(fā)展是密切聯(lián)系在一起的,對大氣環(huán)流模式開展并行計(jì)算研究具有很重要的意義。 IAP9L AGCM包括動力框架和物理過程兩部分,其數(shù)值計(jì)算方法采用有限差分方法。為滿足其對并行計(jì)算的需求,在深入了解大氣環(huán)流模式的基本原理后,本文從并行計(jì)算的一般原理出發(fā),結(jié)合大氣環(huán)流模式的具體特點(diǎn),對IAP9L AGCM串行程序進(jìn)行了數(shù)據(jù)相關(guān)性分析、耗時分析。接著,本文按照“劃分、通信、組合、映射”這樣一個并行算法設(shè)計(jì)過程,采用一維緯向區(qū)域分解的策略進(jìn)行了IAP9L AGCM并行算法的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行區(qū)域分解時,分別采用了均勻劃分策略以及基于反饋檢驗(yàn)的負(fù)載平衡預(yù)處理方法。然后,采用MPI實(shí)現(xiàn)了該算法的并行計(jì)算,并最終在8個CPU組成的工作站機(jī)群上進(jìn)行了IAP9L AGCM的并行數(shù)值試驗(yàn)。最后,通過對并行程序的數(shù)值結(jié)果進(jìn)行分析和比較后總結(jié)出三個結(jié)論:(1)本文設(shè)計(jì)出的基于反饋檢驗(yàn)的負(fù)載平衡預(yù)處理方法較之均勻數(shù)據(jù)劃分方法能在一定程度上改善大氣環(huán)流模式并行程序的性能;(2)對于有限差分IAP9L AGCM數(shù)據(jù)并行問題,一維緯向區(qū)域分解的并行策略不能擴(kuò)展到處理器數(shù)目很多的情況。當(dāng)問題規(guī)模一定時,在適當(dāng)?shù)耐ㄐ殴芾砬闆r下,必須選擇合適的處理機(jī)數(shù)目,并行程序加速比才不至于下降;(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的IAP9L AGCM并行算法是可行、有效的。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP338.6
【圖文】：

首先要寫出求解問題的并行算法。來的，并行計(jì)算模型是并行算法的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)一種簡單、方便的框架，從而使得并行算法析和研究有助于設(shè)計(jì)高效的算法。一個并行此首先要把并行算法轉(zhuǎn)化為并行程序，從而個過程中，良好的并行編程模型和語言為并。并行程序設(shè)計(jì)需要將問題的并行求解算法行程序，從而達(dá)到一個問題并行求解的最終具體過程如圖 2.1 所示。是設(shè)計(jì) IAP9L AGCM 并行算法并實(shí)現(xiàn)，針工作所涉及到的重要數(shù)值并行計(jì)算技術(shù)。首對從不同的并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)模型中抽象簡單介紹并行算法基本知識及其并行性能評模式這兩個重要問題，最后對并行化工作涉

第 27 頁流程圖中各個步驟的主要功能如下：1） 讀入工作控制變量：從工作控制文件中讀入模式運(yùn)行信息同時輸出到終端以及輸出跟蹤文件中，并讀入工作控制變量以備初始化之用。2） 初始化：為模式終止運(yùn)行設(shè)置計(jì)時器；從各初始資料數(shù)據(jù)文件中讀入初始資料數(shù)據(jù)。初始資料文件包括：地表?xiàng)l件文件 SBC.AGCM、臭氧資料文件GAS.AGCM、初始化及重啟動信息文件 OTP.AGCM。設(shè)置每次啟動時的初始條件。3） 模式動力框架計(jì)算：做動力框架計(jì)算的準(zhǔn)備工作；積分干絕熱無摩擦動力框架；平滑計(jì)算。4） 水平擴(kuò)散：消除由 FFT 等引起的非正定水汽混合比，并做前、后半步水平擴(kuò)散。

.3 格點(diǎn)模式的可并行性特點(diǎn)前兩節(jié)對 IAP9L AGCM 的數(shù)據(jù)相關(guān)性分析和耗時分析可知，大氣環(huán)流量主要在動力框架和物理過程兩大部分。在 IAP9L AGCM 中，輻射傳輸水過程，摩擦項(xiàng)及地表面能量收支等計(jì)算模式方程組中匯源項(xiàng)的物理過案占全部計(jì)算量的 94%以上，由動力框架和水汽平流組成的模式動力計(jì)算量占全部計(jì)算量的 5%左右。模式物理過程（降水過程、輻射過程程以及摩擦過程）計(jì)算的共同特點(diǎn)是只在每個氣柱內(nèi)計(jì)算，相鄰氣柱間向聯(lián)系只通過物理過程中少量的濾波計(jì)算以及少量的全局計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。方向格點(diǎn)間物理過程計(jì)算的互不相關(guān)性使我們能夠?qū)崿F(xiàn)氣候模式的高效。一個串行程序的并行實(shí)現(xiàn)，主要是針對串行代碼中計(jì)算量較大的那些行的，因?yàn)樵诓⑿邢到y(tǒng)上進(jìn)行并行計(jì)算的目的是加速整個計(jì)算過程，使速比越高越好。Amdahl 定律指出，串行分量越小和并行額外開銷越小越大。在 IAP9L AGCM 并行中，若對整個模塊進(jìn)行并行，讓每個處理

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本文編號：2795047