第七届青年地学论坛

为了更加准确地预报极端天气、空气污染和预测气候变化，大气模拟的空间分辨率的提高至关重要。传统上，由于计算资源和技术的限制，通常开展区域大气高空间分辨率数值模拟，提高区域大气模拟的准确性。随着目前计算机技术的革新，全球高空间分辨率（公里尺度）数值模拟已经成为可能，国际上多项研究的开展证实了全球公里尺度大气模拟能显著提高一些天气特征的预报能力。然而，目前全球公里尺度大气模拟主要集中在只包括大气物理过程的模拟，少有同时考虑精细大气化学过程的模拟，主要由于精细大气化学过程，例如气溶胶及其反馈过程，会极大地降低计算效率和增大计算需求并带来I/O的瓶颈限制。然而准确地模拟大气成分及其影响不管是对空气污染预测还是对天气和气候变化预测都有着重要影响。本研究旨在利用国产异构众核处理器，构建高效地全球公里尺度大气物理-化学全耦合数值模拟。通过多维并行优化、细粒度级别的众核优化、模块向量化、以及I/O多文件并行等优化方法，在新神威国产超级计算机上建立了高效的大气物理-化学全耦合非静力平衡全球大气模式，实现了大规模运算，显著提高了计算效率和大幅度降低I/O耗时。研究将全球公里尺度大气模拟规模扩展到280800000个核心（432000进程），在包含了常规I/O的情况下，实现了全球3公里大气全耦合数值模拟实验，达到了0.61天/小时的计算速度，并开展了首次包含了大气自然气溶胶及其反馈效应的全球3公里天气预报。

非静力平衡全球大气模式,国产超算平台,高空间分辨率,大气物理-化学全耦合,异构多核处理器