【摘要】：隨著海洋科學(xué)尤其數(shù)值預(yù)報模式的發(fā)展，許多海洋模式像POM海洋模式、HYCOM海洋模式、MASNUM海浪數(shù)值模式等需要采取大規(guī)模計算，同時對于計算速度和精度的要求越來越高。由于并行計算技術(shù)的不斷發(fā)展，并行計算機(jī)的規(guī)模越來越大，使得并行計算成為解決上述問題的重要途徑之一。使用并行處理技術(shù)提高海洋模式的運行效率的基本思路：首先尋找串行模式的并行性，確定可并行執(zhí)行模塊。然后選擇適當(dāng)?shù)牟⑿兴惴�，制定并行化方案，最后將并行模式進(jìn)行編譯和運行，同時優(yōu)化并行程序的性能。本文所采用的MASNUM海浪數(shù)值模式是通過研究海浪的傳播規(guī)律，建立海浪的數(shù)值預(yù)報模型，實現(xiàn)海浪的模擬與預(yù)報。但是，由于計算海域的擴(kuò)大和空間分辨率的提高，原有的海浪的串行模式無法滿足快速計算的需求。本文在基于MPI并行編程環(huán)境下，對MASNUM海浪數(shù)值模式進(jìn)行并行化研究。 本文介紹了有關(guān)并行處理技術(shù)的基本理論，對并行計算機(jī)、并行算法的設(shè)計與實現(xiàn)以及并行編程進(jìn)行了論述和總結(jié)。由于MPI的可移植性好，功能強(qiáng)大，效率高等優(yōu)點，闡述基于MPI并行程序設(shè)計技術(shù)，為模式的并行化實現(xiàn)提供了前提。在此基礎(chǔ)上，首先介紹MASNUM模式及其串行程序結(jié)構(gòu)，并對串行模式中各個函數(shù)的運行時間進(jìn)行統(tǒng)計與分析，從而對該模式進(jìn)行并行分析，確定模式的可并行化的部分以及占總運行時間的比重。然后構(gòu)建并行環(huán)境，在Windows NT環(huán)境下，安裝與配置MPICH，同時對源代碼進(jìn)行編譯與運行。最后發(fā)展模式的并行算法，包括數(shù)值并行算法和基于Jacobi迭代的并行算法，將模式的計算任務(wù)分解成若干個子任務(wù)，確定各子任務(wù)之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，從而進(jìn)行通信，制定基于網(wǎng)格點并行化方案。在高性能計算平臺上，結(jié)合MPI和Fortran語言，對該模式進(jìn)行并行化實現(xiàn)，并結(jié)合加速比和Amdahl定律，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，隨著處理器個數(shù)的增加，與原有的串行模式相比，并行模式的運行速度得到顯著提高，并取得了較高的并行性能，在一定程度滿足了海浪模式業(yè)務(wù)化預(yù)報的要求。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P731.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2751171