分享到:

数值气象预报变分同化的伴随模式并行计算

可扩展并行计算技术与数值气象领域研究成果相互渗透,对发展高性能并行计算机的应用、提高数值气象预报水平、促进并行计算机的研制,具有极为重要的意义。本文针对“十五”期间“我军新一代全球数值预报业务系统”、国家气象局组织的“新一代多尺度数值预报系统”,紧跟国际并行计算和数值气象技术研究前沿,基于可扩展并行计算和伴随变分同化原理,研究伴随模式可扩展并行算法和并行实现技术,设计高效可扩展并行计算伴随模式。本文的研究和创新工作概括如下:1)提出了建立伴随方程的分解技术;分别从连续的、离散的非线性二维浅水波模式,建立其伴随模式。2)设计了伴随模式的基于区域分裂方法的“Arakawa C—网格”离散并行算法;该并行算法具有并行计算高效可扩展性。3)提出了伴随模式的基于3次数据剖分、4次矩阵二维转置数据重分配的并行谱离散方法;该并行算法实现了谱离散方法全部并行计算过程的负载平衡、减少了通信开销,具有并行计算高效可扩展性。设计了国内第一个高效可扩展  (本文共105页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

数值天气预报资料同化关键技术及并行计算研究

资料同化是数值天气预报核心技术之一。其中四维变分资料同化被普遍认为是最有发展潜力的资料同化方法,对于改进高分辨率数值预报模式的预报效果具有十分重要的作用。切线性模式和伴随模式是建立四维变分同化系统的基础和重要组成部分,对于复杂的数值预报业务全球谱模式,其切线性模式和伴随模式的建立仍然是个难题。因此必须对谱模式的切线性和伴随模式进行关键技术研究,解决关键技术问题,才能建立谱模式的切线性和伴随模式。并行计算技术是数值天气预报系统应用实现的重要手段和基础。对于全球业务谱模式及其切线性模式和伴随模式的并行算法研究是四维变分资料同化中的关键并行计算问题。本文对数值天气预报资料同化中的关键技术和并行算法进行研究,设计并实现了基于最优统计插值方法的资料同化系统可扩展并行算法;提出了一种“自动微分+算子特性分析”的切线性模式和伴随模式实现方法;对数值天气预报业务全球谱模式、切线性模式和伴随模式的并行算法进行了研究。本文的主要研究成果概括如下:(...  (本文共130页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

气象资料变分同化的研究与并行计算实现

初值的优劣是决定数值预报效果的关键之一,利用气象观测得到初值的资料同化技术在数值天气预报技术研究中占有重要地位。随着遥感探测技术的发展,大气观测正在由常规探空观测为主发展到以卫星、雷达等非常规遥感观测为主的时代。由于非常规遥感资料观测要素与模式预报要素之间存在着复杂的非线性关系,这为资料同化带来了技术上的困难。为了充分有效地利用非常规观测资料,需要研究开发能够有效处理这种复杂非线性关系的资料变分同化技术。变分同化将资料处理问题描述为以动力模式为约束的极小化问题,它利用最优控制原理,通过调整控制变量,使得在指定的时间窗口内由控制变量得到的模式预报结果与实际观测资料之间的偏差达到最小。变分同化将不同时刻、不同地区、不同性质的气象观测资料,包括以前客观分析方法中很难应用的卫星、雷达等非常规观测资料作为一个整体同时进行考虑,从而得到满足协调性要求的、相对比较合理的初始场。本文针对第二代军用中期数值天气预报业务系统建设的需要,全面、系统、...  (本文共214页) 本文目录 | 阅读全文>>

重庆大学
重庆大学

力学测试与计算中的若干技术研究

试验、建模和计算是工程力学的重要组成部分,也是计算机辅助工程技术的基础。计算机辅助工程技术的进步和发展,使得过去无法处理的大量自然现象可以利用计算机技术来进行高精度模拟分析和准确测量。但是,在大规模并行计算技术、非稳态激励下的系统响应计算技术以及集成测试技术等方面,仍然还有很多问题有待解决。 本文针对计算机辅助工程中建模、分析计算和测试三大领域,以数字技术为基本手段,就无网格建模、宽带响应计算和基于信号处理的集成测试技术中的若干重要问题进行了深入的研究和探索。本文的第一部分,介绍了无单元法及无网格法的主要流派、研究现状以及发展趋势。以无网格法为重点,介绍了无网格法四边形单元的构造技术并提出两种无网格法四边形单元构造方法。其中,基于重叠划分四边形单元法不仅保留了无网格法的特征,且具有适合于并行计算的特点。通过一个算例,证实了算法的有效性。为了解决无网格法与常规有限元法的融合问题,提出了基于NBN(node by node)有限...  (本文共134页) 本文目录 | 阅读全文>>

清华大学
清华大学

基于特大增量步算法的网络并行计算

论文第一部分工作对特大增量步算法的体系进行了比较全面完整的阐述。主要成果是:(1)从力学概念出发详细阐述了特大增量步算法源于经典力法的推导思路,给出了完整的特大增量步算法的格式,包括非线性弹性问题、弹塑性问题和有限元格式一般表达的公式;(2)对比了与特大增量步算法具有一定相似性的LATIN 算法,指出基于力法和广义逆矩阵理论的LIM 算法和LATIN 算法虽然在方程分组和迭代形式上有相似之处,但在力学概念和数学理论基础上都有根本的不同;(3)给出了特大增量步算法完整的数学上的证明,包括特大增量步算法解的唯一性、解的收敛性和解的稳定性的证明,由此证明了特大增量步算法在数学上的完备性;(4)针对解的收敛性问题讨论了算法在弹塑性问题下样本点选取,指出在保证问题的收敛性的前提下LIM 算法在样本点的选择上比逐步增量法具有更大的自由性。论文第二部分工作也是本论文更主要的工作是特大增量步算法的并行化研究工作。主要内容及成果为:(1)深入分析...  (本文共181页) 本文目录 | 阅读全文>>

上海大学
上海大学

集群MPI环境下有限元结构分析并行计算研究

网络并行计算是当前国内外并行计算领域中最引人注目的前沿课题之一,有限元法是当今用于结构分析问题的有效方法。将并行计算技术引入结构有限元分析,可以增大结构分析的规模,提高分析的速度,从而促进有限元在大型结构工程中的应用。本文结合上海市教委重点科研基金项目开展了网络机群并行计算环境下的结构有限元并行算法及其实现的研究,并应用于实际结构分析。本文在基于MPI集群环境下,所做工作的主要内容如下:(1)利用工作站构建了网络机群并行计算环境,阐述了并行计算的基本概念,介绍了MPI编程方法。(2)考虑在工作站机群上实现大型稀疏矩阵和向量乘的负载平衡。提出了一个快速负载平衡和有效的消息传递技术相结合的方法,来缓解计算和节点间通信,并且,通过I/O延迟隐藏和整体负载平衡使I/O开销能有效地分摊。预处理共轭梯度法(PCGM)是求解线性方程组的有效迭代方法。本文对预处理共轭梯度并行算法进行研究。对存储方式进行详细分析。编程中采用了稀疏矩阵向量相乘的优...  (本文共142页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安电子科技大学
西安电子科技大学

FDTD网络并行计算及ADI-FDTD方法研究

本文采用区域分解技术将FDTD计算区域分割成多个子域进行分别计算,各个子区域在边界处与其相邻的子区域进行切向场值的数据交换以使整个迭代进行下去。根据FDTD迭代式的特点,相邻子域之间有半个网格的重叠区域。三维FDTD计算域分割方式和二维FDTD计算域分割方式相同,每个子域的编号为其在整个计算域的空间位置。给出了FDTD子域间同步计算的技术,即采用同步消息传递和阻塞函数同步两种手段。并行FDTD中吸收边界、输出边界和总场边界被分配到不同的子域内,对这三大边界的特殊处理,增加了编程的复杂度。本文应用基于消息传递(Message Passing)模式的网络并行计算系统来实现FDTD并行计算方法,消息传递的并行计算平台采用PVM (Parallel Virtual Machine)并行系统。并行FDTD计算方法采用主从式的编程模式。并行程序分为主控程序(master)和从程序(slave)两部分。主控程序主要负责进程的生成、初始化、收集...  (本文共238页) 本文目录 | 阅读全文>>