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GRAPES模式中Helmhothz方程两种求解方法的对比研究
  • ISSN号:1007-130X
  • 期刊名称:《计算机工程与科学》
  • 时间:0
  • 分类:TP301[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]国防科学技术大学计算机学院,湖南长沙410073, [2]中国气象局数值预报中心国家气象中心,北京100081
  • 相关基金:国家863计划资助项目(2009AA01A138);国家自然科学基金资助项目(40505023);公益性行业(气象)科研专项资助项目(GYHY201006013)
中文摘要:

GRAPES是中国气象局自主研发的一个全球/区域分析预报系统。其模式计算方程组经过离散化之后,积分求解过程最终归结为对一个椭圆方程或Helmholtz(赫姆霍兹)方程的求解,这个求解是整个动力框架计算的核心。在目前GRAPES全球模式的准业务计算中,对于分辨率为0.5。的系统,Helmholtz方程的求解时间占到了整个模式计算时间的三分之一强。而且随着未来高分辨率模式的进一步加细,以及模式计算精度的提高,方程求解计算总量更是呈指数式增长。为此,本文分析了GRAPES模式中求解Helmholtz方程所采用的广义共轭余差法(GCR),并对比给出了利用PETSC函数库中提供的GMRES方法求解Helmholtz方程的一些初步测试结果。结果表明,采用高精度的GMRES方法可以减少模式预报偏差,改善模式预报准确度,在大规模并行计算时具有更好的可扩展性能。

英文摘要:

GRAPES(Global and Regional Assimilation and PrEdiction System)is a new generation of NWP model in CMA (China Meteorological Administration) for the operational implementation. After the discretization of computing equations for GRAPES's model, the first calculation becomes the solution of the Helmholtz equations which is the kernel computing of the dynamic framework. The running time for solving the Helmholtz equations is more than one-third of the total cost for GRAPES-global mode at 0.5°x0.5° horizontal resolution with 38 vertical levels, and for the higher resolution model, the timecost is an exponential growth. The generalized conjugate residual method is employed to solve the 3D Helmholtz equation in the version of the GRAPES mode currently, as a contrast, another method which is based on GMRES(generalized minimal residual method)of PETSc(Portable, Extensible Toolkit for Scientific computation) is used here. The computation shows that the GMRES method with high precision can improve the forecast accuracy and has much better scalability for large-scale parallel computing.

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期刊信息
  • 《计算机工程与科学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:国防科学技术大学
  • 主办单位:国防科学技术大大学计算机学院
  • 主编:王志英
  • 地址:湖南长沙德雅路109号
  • 邮编:410073
  • 邮箱:jsjgcykx@163.net
  • 电话:0731-84576405
  • 国际标准刊号:ISSN:1007-130X
  • 国内统一刊号:ISSN:43-1258/TP
  • 邮发代号:42-153
  • 获奖情况:
  • 湖南省优秀期刊,首届国防科技期刊优秀期刊,《CAJ-CD规范》执行优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 英国科学文摘数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:16422