Высокопроизводительный программный комплекс моделирования экстремальных гидрометеорологических явлений

• Автор: Ковальчук, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Введение .

Глава 1. Анализ и постановка задачи

1.1. Современная концепция получения информации об экстремальных гидрометеорологических явлениях

1.1.1. Эволюция подходов к расчету гидрометеорологических экстремумов

1.1.2. Современная концепция получения информации об экстремальных гидрометеорологических явлениях на базе модельного подхода.
1.2. Основные расчетные модули математические модели, численные методы и параллельные алгоритмы

1.2.1. Расчет скорости ветра но полям давления.

1.2.2. Гидродинамическое моделирование полей течений и уровня моря

1.2.3. Гидродинамическое моделирование полей морского волнения.

1.2.4. Параметризация климатических спектров морского волнения.

1.2.5. Статистическая обработка расчетных данных и моделирование экстремальных гидрометеорологических явлений.
1.2.6. Расчет экстремальных характеристик гидрометеорологических явлений и рисков их воздействий на морские объекты и сооружения
1.3. Современные подходы к разработке программного обеспечения.
1.4. Выводы к главе
Глава 2. Построение архитектуры высокопроизводительного программного комплекса
2.1. Общая концепция построения архитектуры высокопроизводительного программного комплекса моделирования экстремальных гидрометеорологических явлений
2.1.1. Специфические требования к архитектуре высокопроизводительного программного комплекса.
2.1.2. Концепция построения архитектуры программного комплекса на основе интеллектуальной интеграции компонентов
2.1.3. Реализация концептуальной архитектуры на основе сервисноориентированного подхода.
2.1.4. Оценка концептуальной архитектуры
2.2. Общая структура программного комплекса.
2.2.1. Общая классификация и структура сервисов.
2.2.2. Организация вычислительной подсистемы
2.3. Архитектура базовых сервисов.
2.3.1. Сервис управления вычислительным модулем
2.3.2. Сервис декомпозиции
2.3.3. Сервис удаленного запуска
2.3.4. Сервис управления вычислениями.
2.4. Организация работы с данными.
2.5. Выводы к главе 2.
Глава 3. Организация интеллектуального управления процессом параллельных вычислений в программном комплексе.
3.1. Моделирование производительности вычислительных модулей
3.1.1. Иерархическая структура параллельных вычислений
3.1.2. Принципиальная модель параллельной производительности приложений для систем с общей памя гью
3.1.3. Система параметрических моделей параллельной производительности для алгоритмов гидродинамического и статистического моделирования нолей ветра, волнения, течений и уровня моря
3.1.4. Общая модель производительности программного комплекса на вычислительной системе с гибридной архитектурой
3.2. Общая структура интеллектуальной подсистемы
3.3. Отапы эффективного управления параллельными вычислениями в многопроцессорной среде
3.3.1. Априорный анализ параллельной производительности вычислительных модулей
3.3.2. Управление параллельной производительностью в ходе функционирования программного комплекса
3.4. Приобретение знаний о производительности вычислительных модулей
3.4.1. Данные и знания, необходимые для управления параллельными вычислительными процессами.
3.4.2. Способы представления знаний о производительности вычислительных модулей
3.4.3. Приобретение экспертных знаний.
3.4.4. Уточнение экспертных знаний путем идентификации моделей по результатам профилирования вычислительною модуля
3.4.5. Приобретение дополнительных знаний путем имитационного моделирования.
3.5. Организация логического вывода.
3.6. Выводы к главе
Глава 4. Тестирование программного комплекса моделирования экстремальных гидрометеорологических явлений
4.1. Исследования масштабируемости программного комплекса.
4.1.1. Тестирование масштабируемости вычислительных модулей.
4.1.2. Анализ логики интеллектуальной подсистемы управления масштабируемостью.
4.2. Экспериментальные расчеты экстремальных гидрометеорологических характеристик и их воздействий на морские объекты и сооружения
4.2.1. Подготовка массивов исторических данных и их сравнение с экспериментальными расчетами
4.2.2. Проведение экспериментальных расчетов экстремальных характеристик для Северной части Каспийского моря.
4.2.3. Проведение экспериментальных расчетов рисков воздействий на морские объекты и сооружения
4.3. Электронный атлас экстремальных гидрометеорологических явлений Каспийского моря
4.3.1. Общая структура атласа
4.3.2. Технологии реализации атласа
4.3.3. Справочный массив.
4.3.4. Выводы к главе
Заключение.
ПРИЛОЖЕНИЕ А Свидетельства о государственной регистрации
Список литературы


Метод РОТ требует знания информации только о самых сильных штормах что избавляет исследователя от выполнения массовых расчетов. Наконец, для метода IV входными данными являются временные ряды гидрометеорологических характеристик в синоптические сроки каждые 3 часа, длительностью лет. Такие данные могут быть получены только в рамках современной концепции, реализующей модельный подход к восстановлению гидрометеорологической информации по исторической информации. Экстремумы гидрометеорологических процессов и полей относятся к классу явлений, слабо обеспеченных данными наблюдений а в некоторых случаях не обеспеченных вообще. Потому их характеристики оцениваются на основе экстраполяции имеющихся данных в рамках заданной вероятностной модели например, предоставляемой методом IV. При оценивании характеристик экстремальных гидрометеорологических явлений важнейшей проблемой является их достоверность 1. В инженерной практике часто не удается получить надежные оценки даже для наиболее простых случаев экстремумов одной гидрометеорологической характеристики температуры воздуха или количества осадков на суше, в фиксированной точке, обеспеченной непрерывными долгосрочными наблюдениями. Синхронные измерения всего комплекса гидрометеорологических характеристик в нескольких точках требуют специальных полигонов. Перечисленные трудности могут быть преодолены в рамках новой концепции получения режимной гидрометеорологической информации, основанной на использовании методов и технологий гидродинамического моделирования 8, 9. Элементы данной концепции заложены в основе инженерной деятельности ведущих зарубежных компаний, выполняющих гидрометеорологические изыскания на шельфе Мирового океана, в том числе США, Норвегия, 1 Франция и др. Основным источником данных об океанографических процессах волнении, уровне, течениях является сертифицированная или, в метрологической практике аттестованная гидродинамическая модель динамики океана. По ней выполняются расчеты за непрерывный исторический период, обеспеченный данными наблюдений за атмосферными процессами давлением, ветром и температурой воздуха. Мирового океана. Такой подход позволяет, используя данные реанализа метеорологических полей, получать информационные массивы океанографических характеристик непрерывной продолжительностью несколько десятков лет. Для статистического оценивания экстремальных характеристик, возможных 1 раз в 7 лет, используется система стохастических моделей, описывающих совместную многомасштабную синоптическую, сезонную, межгодовую изменчивость пространственновременных полей океанографических характеристик. Это позволяет методом МонтеКарло воспроизвести ансамбль их реализаций, таким образом, экстраполируя значения экстремумов на заданный временной интервал. Экстремальность гидрометеорологического явления по отношению к конкретному объекту определяется интегральной совокупностью всех факторов путем рассмотрения функций риска, специфичных для определенных классов морских объектов и сооружений. Основными недостатками данной концепции являются неполная на сегодняшний день проработанность методической базы особенно в области моделирования совместной изменчивости и большие вычислительные затраты, необходимые для выполнения гидродинамического и статистического моделирования пространственновременных полей волнения, уровня моря и морских течений за многолетий промежуток времени с учетом взаимосвязей между ними. Потому в инженерной практике пока применяется ряд упрощенных, полуэвристических подходов, описанных в разделе 1. При этом в подавляющем большинстве случаев расчеты экстремумов производятся по каждому из факторов скорости вегра и течений, волнению, уровню моря независимо. Использование таких технологий ведет к снижению достоверности результатов и существенному завышению оценок совместного экстремума, что влечет избыточное усиление требований к безопасности морских сооружений и повышение стоимости их строительства и эксплуатации. Вместе с тем, в настоящее время доступность глобальных ЫСЕРХСАЯ, ЕЯА и региональных 8МН, Л1А, и др.