并行空间分析算法研究进展及评述

作为GIS的核心功能之一,空间分析逐步向处理数据海量化及分析过程复杂化方向发展,以往的串行算法渐渐不能满足人们对空间分析在计算效率、性能等方面的需求,并行空间分析算法作为解决目前问题的有效途径受到越来越多的关注。该文在简要介绍空间分析方法和并行计算技术的基础上,着重从矢量算法与栅格算法两方面阐述了目前并行空间分析算法的研究进展,评述了在空间数据自身特殊性的影响下并行空间分析算法的发展方向及存在的问题,探讨了在计算机软硬件技术高速发展的新背景下并行空间分析算法设计面临的机遇与挑战。     

基于GPU的任意三维复杂形体重磁异常快速计算

提出了基于图形处理单元的任意三维复杂形体的重磁异常快速正演计算方法。将地下半空间剖分为大小相等规则排列的一组长方体单元,任意三维复杂形体可以表示成很多不同体积和密度(磁性)的长方体的近似组合。用解析方法计算出所有这些长方体在计算点的重力(磁力)异常,并累加求和,就可以得到整个模型体在计算点引起的重(磁)异常值。为了提高近似程度,需将地下半空间剖分得很细,用传统的CPU串行程序计算相当耗时。GPU在处理能力和存储器带宽上相对CPU有明显优势,采用GPU并行算法,可大大提高计算速度。相关试验结果表明,用GPU实现的正演快速算法计算结果正确,效率明显提高,为重磁异常三维物性反演提供了基础。     

基于MPI技术的AREM模式并行开发及试验

应用消息传递接口函数库（MPI）并行程序设计技术开发了中尺度暴雨数值预报模式AREM（Advanced Regional Eta-coordinate Model）的并行版本,并在3种计算机系统平台下进行了加速比测试,结果显示出较高的并行效率和较好的可扩展性。建立并行版本后,模式高分辨率版本能够满足时效性要求。通过采用并行模式的高低分辨率版本对一个暴雨个例进行模拟表明,高分辨并行版本的模拟结果与观测更为接近,并具有较好的预报时效性。     

基于MPI的时频分布的改进及应用

Cohen类时频分布在一定程度上克服了Wigner\|Ville分布的不足,特别是交叉项.但在平滑交叉项的同时却降低了时频聚集性,从而本文讨论了Wigner\|Ville分布的修正方法,进而可提取出不同的地震时频属性.为了提高计算效率,采用了基于MPI的并行计算及时频属性优化方法,取得了良好的效果.     

MASNUM海浪数值模式并行化实现

通过对MASNUM海浪数值模式的串行程序的结构研究和对串行模式进行并行化分析,提取了可并行部分的程序计算模块。利用消息传递接口(MPI)和Fortran语言,将模式中可并行计算部分进行了划分,同时分配多个进程并行计算。测试结果表明,MASNUM并行模式的效率较高,满足业务化预报的要求。     

数值天气预报业务模式现状与展望

20 0 4年是数值天气预报理论提出 10 0周年 ,同时也是数值天气预报业务化应用 5 0周年。经过百年的发展历程 ,数值天气预报学科有了飞跃的发展。特别是最近 10多年来 ,大气科学以及地球科学的研究进展 ,高速度、大容量的巨型计算机及网络系统的快速发展 ,更加快了数值天气预报的发展步伐。文中从模式动力框架、物理过程参数化、模式程序软件等方面对数值天气预报业务模式现状进行了简要综述 ,对存在的问题进行了探讨 ,并对数值天气预报业务模式的未来发展作了展望。当前数值天气预报业务模式发展的特点有 :(1) 2 0世纪 90年代中期以来 ,各国的全球和区域模式水平和垂直分辨率都有明显提高 ,且模式物理过程也同步进行改进 ;数值预报业务模式已进入了大规模并行计算的阶段 ;(2 )主要发达国家和中国都正在致力于研发各自的新业务数值预报模式———非静力 (多尺度 )一体化模式或非静力中尺度模式 ,部分国家的新一代天气 气候一体化数值模式已业务运行 ;(3)业务数值预报模式正在朝着不断完善的方向发展。随着模式分辨率的提高 ,云物理过程、陆面过程和湍流过程、考虑坡度 -坡向因子的辐射过程等在模式中的参数化方案 ,以及模式垂直坐标的选择越来越受重视 ,这些物理过程的描述成为业务数值模式改进的重点和     

GPS"射线打靶”模式的并行计算

全球定位系统（ＧＰＳ）“射线打靶”模式是ＧＰＳ／ＭＥＴ（气象）资料变分同化中联系ＧＰＳ原始观测与大气状况的一种自成一体的观测算子，但因其计算量非常巨大而一直没能得到实用。为了克服这一困难，我们建立一个并行版本的 ＧＰＳ“射线打靶”模式，并在国家重点基础研究发展规划项目“大规模科学计算研究”资助下研制的微机机群系统（ＬＳＳＣ）上成功地实现了并行计算，取得了理想的加速比和并行效率，而且具有良好的可扩展性，为该观测算子达到实用迈出了实质性的一步。     

波动方程三维叠前深度偏移并行计算流程探索

波动方程三维叠前深度偏移研究,已成为近年众多油气科研生产单位的研究焦点,其中关键问题之一是借助于软硬件及其匹配条件的进步,以求降低庞大的计算量障碍.本文借助于地震波场成像基本算法的内在并行性,运用集群式并行机结构的软硬件特点,提出了两种算法处理流程对策,以甚低的资金投入实现了在工业生产规模上的应用与效果.经油田实际资料计算,结果表明文中提出的分解算法具有甚高的加速比,良好的扩展性及适应性.     

中期预报模式T63L16在银河－2巨型机上的并行计算

多任务中期预报模式Ｔ６３Ｌ１６［１］主要利用了银河－２（以下简称为ＹＨ－２）巨型计算机提供的多任务并行计算环境，在原欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）Ｔ１０６Ｌ１９模式版本的基础上，针对ＹＨ－２计算机的特点，实现了多任务并行计算，且获得了较高的加速比．     

微机网络并行计算及2.5维CSAMT正演的并行实现

本简要介绍了如何建立一个简单、易行的微机网络并行计算的开发环境。在该并行环境上完成了２．５维ＣＳＡＭＴ有限单元正演的并行程序，并且获得较好的速比。