Parallelisierung von meteorologischen Modellen unter besonderer Berücksichtigung des Produktionscodes MM5 (eBook, PDF)
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Diplomarbeit aus dem Jahr 1994 im Fachbereich Mathematik - Angewandte Mathematik, Note: gut, Universität zu Köln (Mathematisches Institut), Sprache: Deutsch, Abstract: Zur Simulation der Atmosphäre im Rahmen der numerischen Wettervorhersage ist heute der Einsatz leistungsstarker Vektorrechner üblich und nicht mehr wegzudenken. Aufgrund der komplexen Gleichungen, die bei dreidimensionalen instationären Strömungsvorgängen mit Berücksichtigung der zahlreichen physikalischen Nebenbedingungen einer realen Anwendung in der Atmosphäre auftreten, ist eine Simulation mit vertretbarem Zeitaufwa...
Diplomarbeit aus dem Jahr 1994 im Fachbereich Mathematik - Angewandte Mathematik, Note: gut, Universität zu Köln (Mathematisches Institut), Sprache: Deutsch, Abstract: Zur Simulation der Atmosphäre im Rahmen der numerischen Wettervorhersage ist heute der Einsatz leistungsstarker Vektorrechner üblich und nicht mehr wegzudenken. Aufgrund der komplexen Gleichungen, die bei dreidimensionalen instationären Strömungsvorgängen mit Berücksichtigung der zahlreichen physikalischen Nebenbedingungen einer realen Anwendung in der Atmosphäre auftreten, ist eine Simulation mit vertretbarem Zeitaufwand nur für relativ grobe Auflösungen der Modellgebiete zu realisieren. Qualitative Verbesserungen von Atmosphärensimulationen, d.h. verläßlichere und genauere Prognosen, lassen sich durch feinere Auflösungen der verwendeten Rechengitter erzielen (vgl. [10],[14],[18]), erfordern aber eine wesentlich höhere Leistungsfähigkeit der Computersysteme. So hat bereits eine Verfeinerung des Rechengitters um den Faktor 2 in allen drei Raumrichtungen einen insgesamt achtmal höheren Rechenaufwand zur Folge. Mit den derzeit eingesetzten Rechnern sind solche Simulationen wegen des immensen Zeit- bzw. Rechenaufwands in den meisten Fällen nicht sinnvoll. Nach heutigem Kenntnisstand sind bei Rechnerarchitekturen mit einem gemeinsamen Hauptspeicher, zu denen auch die Vektorrechner zählen, die physikalischen Grenzen der Hardware nahezu erreicht und es ist deshalb in Zukunft nicht mehr mit einer wesentlichen Steigerung der Performance dieser Architekturen zu rechnen. Eine signifikante Leistungssteigerung kann in naher Zukunft nur von Computerarchitekturen mit verteiltem Speicher, den massiv-parallelen Rechnersystemen, zur Verfügung gestellt werden. Im Forschungsbereich wurden in den vergangenen wenigen Jahren bereits erste Erfahrungen mit solchen Rechnern mit bis zu vierstelligen Prozessorzahlen gesammelt. Der Einsatz von Parallelrechnern eröffnet der oben beschriebenen Problematik also eine neue Perspektive. In diesem Rahmen war es Ziel dieser Arbeit die Möglichkeiten der Parallelisierung von Programmen aus dem Bereich der meteorologischen Modelle zur Simulationen der Atmosphäre anhand des Programmpakets MM5 (Mesoscale Model Version 5) zu untersuchen ([3],[16],[17]). Bei dem Umfang dieses Modells zur kurzfristigen Wetterprognose und aufgrund des begrenzten Zeitrahmens einer Diplomarbeit konnten nur Hauptkomponenten des MM5 Gegenstand der Untersuchungen sein. Dafür wurde eine geeignete sequentielle Programmversion erstellt, die die wesentlichen dynamischen Teile der wichtigsten Variablen enthält, und auf einen massiv-parallelen Rechner portiert.
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