[发明专利]基于并行计算机的地球动力数模方法

说明书

本发明涉及一种基于并行计算机的地球动力数模方法，属于地球动力数值模拟技术领域。其包括如下步骤：预设模型参数信息、读取模型参数信息、构建地球动力数值模型，判断是否达到迭代完成时间、读取每一时刻的状态信息文件、用状态文件含有的模拟参数绘制参数场图、最终用状态文件含有的模拟参数绘制常规及非常规的多种物理、化学场的状态图以此来表示目标区域不同历史时期的演化过程。本发明提高了数值模拟的计算速度，并从初始模型、分辨率两个方面直接提升模拟结果的可信度，还支持数值模拟结果与其他研究成果的综合对比；将高精度的大尺度模拟结果与常规小尺度数值模拟、小尺度物理模拟、小尺度自然观察等相结合，减小精度问题所带来的误差。

技术领域

本发明涉及一种基于并行计算机的地球动力数模方法，属于地球动力数值模拟技术领域。

背景技术

地质学与地球动力学所研究的对象之一是地球构造演过过程。由于研究对象的空间尺度大、时间尺度长，所以不能通过观察方法研究目标区域不同历史时期的构造演化过程及其动力学机制，而数值模拟方法能够基于基本的物理、化学方程，利用计算机实验的方式解决此类问题。现有的地球动力数模方法均是针对同构众核计算机、并行工作站机群、高性能工作站、个人电脑等平台。以上几种计算机的中央处理器(CPU)包含一个或数个结构相同的核心，这种核心在逻辑运算上具有一定优势，但在浮点运算上效率略低。从效率与准确度的角度来说，上述平台并非运行地球动力数模软件的最优平台；在以上平台上执行的数模方法存在运行速度过慢、分辨率过低的问题。而异构众核计算机的中央处理器除了包含几个主要核心外还包含类似于图形处理器(GPU)的从核，此计算机更适合进行大量的数值计算。

虽然异构众核计算机平台更适合运行数值模拟程序，但是目前地球动力数模方法领域没有面向异构众核的多级并行数模方法。由于中央处理器的架构以及异构众核计算机的编程环境不同，因此地球动力数模方法也与以往的不同。现有的地球动力数模方法存在以下缺陷：(1)是通过人工手动编写、用简单几何形状描述、计算机程序进行差分的方法制作模拟所需的初始模型的。(2)目前没有建立可用于数模方法的复杂三维模型的方法，这导致数模成果的可信度低、人工编写效率低，且这种数模只能局限的应用于理论探讨与验证。(3)目前方法运算速度较慢，延长了项目周期、降低了工作效率。(4)目前的数模方法不包含将计算出来的数值模拟结果转换成其他领域(如地球物理、地球化学)常用样式的数据或图示的步骤，这在一定程度上降低了模拟结果的应用性与可信度。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种新的基于并行计算机的地球动力数模方法，提高了数值模拟的计算速度，并从初始模型、分辨率两个方面直接提升模拟结果的可信度，还支持数值模拟结果与其他研究成果的综合对比。

本发明是采用以下的技术方案实现的：本发明所述的基于并行计算机的地球动力数模方法，包括如下步骤：

步骤一：预设模型参数信息：将人工编写好的模拟所需的或依据计算机辅助设计生成的模型参数信息，通过输入或读取两种方式读入异构众核超级计算机内存中；

步骤二：读取模型参数信息：读取并分析输入到内存中的模型参数信息，按照读取的模型参数信息，以较高的分辨率来计算网格节点的数目生成数值的差分网格化的地球动力数值模型，然后规定网格节点的空间位置，并将空间位置以数组的形式存储在计算机内存中；

构建地球动力数值模型，地球动力数值模型分为人工输入模型和多计算数据转换模型两种方式，分为如下情况：

情况一：如果为人工输入模型：人工输入网格节点的分层界线的顶点坐标，以变量和数组的形式确定其空间位置；

情况二：如果为多计算数据转换模型：读入带有几何形态的几何模型，将几何模型分类为成组的网格节点的几何顶点参数，以确定其空间位置；

步骤三：读取物质参数文件：地球动力数值模型的每个相连分层界线都分割出一块区域，给每块区域赋予物性参数文件中的某个对应的物质参数信息；