Программный комплекс компьютерного исследования атмосферных процессов для многоядерных процессоров

• Автор: Раба, Никита Олегович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Представления конвективных облаков
1.1 Представление с 2-мя цилиндрами и параметризованной смешанной микрофизикой
1.2 Представление с 2-мя цилиндрами и спектральной жидкой микрофизикой
1.3 Представление с 2-мя цилиндрами и спектральной смешанной микрофизикой
Глава 2 Алгоритмы расчета коагуляции и их оптимизация
2.1 Алгоритм расчета коагуляции
2.2 Оптимизации алгоритма расчета коагуляции
2.3 Алгоритм расчета коагуляции для представления со смешанной фазой
Глава 3 Расчет с помощью многоядерных СРІІ
3.1 Общие принципы распараллеливания
3.2 Распараллеливание по экспериментам
3.3 Распараллеливание по пространству
Глава 4 Расчет с помощью ЄРІІ
4.1 Основные принципы расчетов на вРИ, технология СІЛ) А
4.2 Алгоритм расчета коагуляции на вРИ
4.2.1 Основные принципы расчета коагуляции на ОРИ
4.2.2 Способ предотвращения коллизий записи
4.2.3 Алгоритм вычисления индексов іпсі и роБ
4.2.4 Оптимизация суммирования
4.2.5 Сравнение алгоритмов расчета коагуляции на СР1І и СІРІЇ

Глава 5 Результаты тестирования
5.1 Алгоритмы расчета коагуляции
5.2 Распараллеливание по экспериментам
5.3 Распараллеливание по пространству
5.4 Расчет на вРИ
Заключение
Список литературы
Приложение А Классификация представлений конвективных
облаков
Приложение Б Описание традиционного полуторамерного
представления
Приложение В Исследование влияния второго цилиндра на жизненный
цикл облака
Приложение Г Описание пользовательского интерфейса
Г.1 Интерфейс программы для представления с параметрической
микрофизикой
Г.2 Интерфейс программы для представления со спектральной микрофизикой
Введение
Механизм переноса тепла и формирования осадков в конвективных облаках является интересной и важной проблемой, как с научной, так и с практической точек зрения, поскольку именно с развитием конвективных облаков связаны такие опасные природные явления как гроза, смерч, шквал ливень, град. Прогноз их возникновения и эволюции является одной из важнейших задач, стоящих перед исследователями.
Еще одной задачей является оценка эффекта активного воздействия на конвективное облако. К этой же задаче относится и определение оптимальных параметров воздействия для достижения необходимых результатов. В [26] приведены основные параметры воздействия: время воздействия относительно стадии жизни облака, место введения и дозировка реагента. Целями воздействия на облако могут быть как предотвращение, так и вызывание осадков, а также изменение характеристик облака (например, борьба с грозовыми облаками для обеспечения безопасности полетов).
Одним из наиболее эффективных инструментов изучения конвективных облаков и механизмов воздействия на них является компьютерное исследование, которое позволяет, не прибегая к дорогостоящим натурным экспериментам, провести анализ развития облака, проследить влияние различных способов воздействия и метеорологических условий на ход процессов облако- и осадкообразования. Такие исследования с помощью компьютерного моделирования описаны в [6] (изучение эволюции облака, выявление опасности обледенения или поражения самолета молнией, определение дальности видимости, турбулентности, вероятности града), [7] (исследование развития облака при взрыве или пожаре), [2, 10, 13, 16] (изучение влияния активных воздействий на предотвращение или увеличение осадков).

dwjdt = -win (dwjdz) - (2a2/a) win - wout (win - wout) + (2/a) ua (win - wa) +
+ (1//W 6(KV dwjdz)/dz + g (Tv
in Tv mean)/Tv mean & Qw in
+ (2a2b/(b2 - a2)) wout wout + (1 /КаЬ) g Qwoul.
Уравнения баланса для функции распределения капель/:
dfjdt = -(win - V) (dfir/dzf] - (2а2/а) win - wout (fin-fou,)(2) +
+ (2/a)ua(fin-faf)+Fwinw, cfou/dt = -(wout - V) (dfou/dz)w - (2 a2/a) win - wout Kah (foul-fnf]
- (2/d) ua Kab (fout ~/a)(3) + FwJ4)-
- (2a2b/(b2 - a2)) |wj (fout-feJ5
где V — устоявшаяся скорость падения капель (зависит от массы капли и плотности воздуха), Fw — влияние микрофизических процессов на спектр капель.
Физический смысл слагаемых в правых частях уравнений для fi
1 — вертикальный перенос частиц с учетом их устоявшихся скоростей падения;
2 — боковое турбулентное перемешивание на границе внутреннего и внешнего цилиндров;
3 — динамическое вовлечение;
4 — микрофизическая часть;
5 — боковое турбулентное перемешивание на границе внешнего цилиндра с окружающей средой (только в уравнениях для/во внешнем цилиндре).
Уравнения баланса для функции распределения аэрозоля feed cfcCN ii/dt = -win (dfCCNiMX) - (2a2/a) win - Wou, (fcCNin - fcCNoud +
+ (2/a) Ua (fcCNin-fcCNaP + (1 /penv) 9(KV dfcCNit/dz)/dzW + FCCN dfcCNou/dt = ~Woul (dfccN ou/dz){l) - (2 O'/a) Win - Wout Kab (fcCNout -fcCNinfП -- (2/a) Ua Kab (fcCNout - fcCNaf + (f/perf) d(Kv dfccNou/dz)/dz + FcCNouF* ~
- (2a2b/(b2 - a~)) wout (fcCNout~fcCNenvf6 где FCcn — влияние микрофизических процессов на спектр аэрозоля.