[发明专利]基于并行计算机的地球动力数模方法

摘要

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。

主权项

一种基于并行计算机的地球动力数模算法，其特征在于，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；步骤四：将模型离散成点，将模型参数传递给点：在地球动力数值模型的整个模拟空间范围内，生成大量的粒子点；网格节点与粒子点的空间位置关系，用插值法给粒子点赋予物质参数信息；到此完成生成数值的差分网格化的高精度三维地球动力数值模型，将以上生成的变量与数组按照一定的输出规则存储为文件；步骤五：判断是否达到迭代完成时间，分为如下情况：情况一：若达到迭代完成时间，进入步骤六；情况二：若未达到迭代完成时间：计算机主进程利用MPI或OpenMP接口分配任务给其他进程：利用MPI或OpenMP接口进行异构众核计算机中的主核之间的控制、通信、计算；其他进程帮助主进程生成计算所需的矩阵；其他进程调用OpenAcc加速接口与Pthreads加速接口，进行矩阵运算：对于计算量巨大的语句模块，则调用异构众核计算机平台下的从核OpenACC加速接口与Pthreads加速接口进行加速处理；从核完成矩阵运算：利用从核的计算优势来处理地球动力数值模拟运算中的超大型矩阵运算以及IO操作；运算结果汇总，模型状态更新：通过上述的加速计算方式，计算出当前时刻的模型状态方程组及其对应的系数矩阵和系数向量进而得到解向量，将解向量依据参数类型分配到各个参数数组中，从而计算出模型的温度场、速度场、压力场；保存模型状态信息：得到模型下一时刻的状态信息并存储在硬盘中；步骤六：读取每一时刻的状态信息文件：将得到的新的状态信息计算再下一时刻的状态信息，直到得到目标时刻的状态信息；步骤七：用状态文件含有的模拟参数绘制参数场图：利用存储在硬盘中的目标时刻的状态信息，将状态信息转换成其他领域关心的参数，并将以其他领域的图标形式绘制出数据图；步骤八：利用模拟参数计算非常规的地球物理、地球化学参数图：利用密度可以计算出地震学家所需要的地质体声速分布图，利用温度数据可以计算出地热学所需要的地表热通量图，利用应力应变场数据可以计算出构造学家所需的应力分布图和断层分布图，利用密度、空间位置数据可以计算出地球物理学家所需的重力异常图。