地球系統模式耦合方法研究

《地球系統模式耦合方法研究》是依託清華大學，由劉利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地球系統模式耦合方法研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：劉利
• 項目類別：面上項目

項目摘要

耦合器是地球系統模式的核心部件之一。在科學上，它充分體現地球系統多圈層間的相互作用；在技術上，它是地球系統模式模組化與並行積分的需要，是各分量模式專家分工合作的關鍵平台。目前我國還沒有成熟的耦合器，只能引進歐美的耦合器。雖然這些耦合器已發展多年並使用較為廣泛，但它們在高精度多維插值和海陸分布處理等方面存在諸多不足。此外，它們的結構相對落後。本項目將聯合地球科學與計算機科學的專業人員，針對現有耦合器的諸多不足，面向複雜地球系統模式的發展，研究高精度多維插值、海陸分布處理和耦合器結構，在保證守恆性前提下提高插值精度（至少達到二階精度），實現插值的格線通用性與多維插值，在保證守恆性前提下提高海陸分布處理的精度，以在增加耦合器功能的同時減少模式耦合過程的不確定性，為我國研製、套用與發展用戶友好且耦合功能強大的三維通量耦合器、趕上甚至超過美國和法國等已開發國家水平奠定基礎。

結題摘要

耦合器是地球系統模式的核心部件之一，其連線多個分量模式以構成地球系統模式、實現分量模式間並行計算，並控制整個地球系統模式積分。在國際上耦合器最早於1990年前後，美國和法國等已開發國家長期研製發展了多個耦合器。在本項目申請時，我國沒有自主研發的耦合器，地球系統模式發展主要依賴於國外耦合器。在這一背景下，本項目力圖研究通用多維插值、模組化耦合器結構等關鍵耦合技術，並嘗試研製我國首個自主耦合器，為我國研製、套用與發展用戶友好且耦合功能強大的三維通量耦合器、趕上甚至超過美國和法國等已開發國家水平奠定堅實基礎。 本項目完成的主要研究內容包括通用多維插值方法、模組化耦合器結構、高效數據傳輸方法和可用於自動軟體測試的測試方法。本項目完成了一系列成果，具體包括：1＜自主研製了通用多維插值軟體CoR1，其中設計了多維格線的通用表示、研製了多個二維插值算法的通用實現、研製了一維插值算法、設計了三維插值方法；2＜自主研製了我國首個地球系統模式耦合器C-Coupler1，其是當前世界上為數不多的能真正進行三維耦合的耦合器，其中設計了全新的耦合模式架構和耦合器的模組化結構；3＜數據傳輸是耦合器最基本的功能，針對已套用多年的P2P數據傳輸庫並行可擴展性差的問題，提出了蝴蝶數據傳輸庫並研製了自適應數據傳輸庫，明顯提高了數據傳輸的性能；4＜提出了基於二進制一致編譯設定集的軟體測試方法，這個方法具有對耦合器及地球系統模式的通用性，有很好的套用潛力。 基於上述研究成果，項目組以第一資助發表了SCI論文4篇。上述研究成果不僅實現了我國耦合器從無到有的突破，還使得我國在耦合技術領域的創新得到了國際同行的了解和認可。項目所形成的軟體CoR1和C-Coupler1已經在國內相關單位套用起來。自適應數據傳輸庫將在C-Coupler的後續版本中套用起來。華為公司編譯器小組對項目組所提出的二進制一致編譯設定集的軟體測試方法很感興趣，這一測試方法有望套用於他們編譯器研發過程中的軟體測試。