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Volna-OP2的性能分析——海啸建模的大规模并行代码。 (英语) Zbl 1521.76004号

概要:软件包Volna-OP2是一个健壮高效的代码,能够模拟海啸的整个生命周期,同时利用最新的高性能计算(HPC)架构。本文对GPU版本的代码进行了全面的错误分析和可伸缩性研究。探索了将数值误差分解为色散和耗散分量的新方法。大多数海啸代码都表现出振幅拖尾和/或相位滞后/超前,因此这里显示的分解是解释这些事件的一种新方法和新工具。
迄今为止,Volna-OP2已被海啸建模社区广泛使用。特别是其计算效率允许进行各种灵敏度分析和不确定性量化研究。由于所需的仿真数量,在进行这些统计研究时,总是要在准确性和运行时之间进行权衡。本文中的分析将指导用户在给定的运行时内达到可接受的精度水平。

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76-04 流体力学相关问题的软件、源代码等
65日元 数值算法的封装方法
86甲15 地震学(包括海啸建模)、地震
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参考文献:

[1] Postacioglu,N。;Øzeren,M.S.,《滑坡海啸的半光谱建模》,《地球物理杂志》,175,1,1-16(2008)
[2] 贝伦斯,J。;Dias,F.,《海啸科学中的新计算方法》,Phil Trans R Soc A,37320140382(2015)·Zbl 1353.86029号
[3] 蒂托夫,V.V。;Gonzalez,F.I.,分裂海啸(MOST)模型方法的实施和测试,NOAA技术备忘录ERL PMEL-112,11 pp UNIDATA(1997)
[4] 刘,P.L.-F。;吴,S.-B。;Cho,Y.S.,《海啸传播和淹没的计算机程序》(1998年),康奈尔大学
[5] 盖勒,A。;Hébert,H。;Loevenbruck,A。;Hernandez,B.,《法国海啸预警中心海啸波传播预测模拟系统》,《自然灾害地球系统科学》,13,10,2465(2013)
[6] 张义杰。;Baptista,A.M.,非结构化网格上的高效且稳健的海啸模型。第一部分:淹没基准,Pure Appl Geophys,165,11,2229-2248(2008)
[7] Harig,S。;查罗尼;Pranowo,W.S.,《多尺度海啸模拟》,Ocean Dyn,58,52429-440(2008)
[8] Vater,S。;Behrens,J.,采用间断Galerkin格式的浅水流井平衡淹没建模,复杂应用的有限体积VII-椭圆、抛物线和双曲线问题,965-973(2014),Springer·Zbl 1426.76575号
[9] 雅各布斯,C.T。;Piggott,M.D.,Firedrake-Fluids v0.1:使用自动解决方案框架对浅水流进行数值建模,Geosci Model Dev,8,3,533-547(2015)
[10] 伯杰,M.J。;乔治·D·L。;LeVeque,R.J。;Mandli,K.T.,The GeoClaw软件,用于深度平均流量的自适应优化,Adv Water Resour,341195-1206(2011)
[11] Macias,J。;卡斯特罗,M.J。;奥尔特加,S。;埃斯卡兰特,C。;Gonzalez-Vida,J.M.,《NTHMP淹没测绘活动的海啸-洪灾SEA模型性能基准》,Pure Appl Geophys,174,3147-3183(2017)
[12] 肯尼迪,A.B。;陈,Q。;Kirby,J.T。;Dalrymple,R.A.,《波变换、破碎和加速的Boussinesq建模》。一: 1D,《Waterw Port Coastal Ocean Eng杂志》,126,1,39-47(2000)
[13] Lynett,P.J。;Wu,T.-R。;Liu,P.L.F.,用深度积分方程模拟波浪爬高,海岸工程,46,2,89-107(2002)
[14] Tavakkol,S。;Lynett,P.,Celeris:一种GPU加速的开源软件,带有Boussinesq型波解算器,用于实时交互仿真和可视化,Compute Phys Commun,217117-127(2017)·Zbl 1411.35006号
[15] 马萨诸塞州萨特里亚。;黄,B。;谢长廷。;Chang,Y.-L。;Liang,W.Y.,海啸传播模型的GPU加速,IEEE J Sel Top Appl Earth Obs遥感,5,3,1014-1023(2012)
[16] Liang,W.-Y。;谢天杰。;马萨诸塞州萨特里亚。;Chang,Y.-L。;方,J.-P。;Chen,C.-C.,基于GPU的海啸传播和淹没模拟,并行处理的算法和架构:第九届国际会议,ICA3PP 2009,台湾台北,2009年6月8日至11日,会议记录,593-603(2009),施普林格-柏林-海德堡
[17] Brodtkorb,A.R。;哈根,T.R。;Lie,K.,《使用GPU模拟和可视化圣维南系统》,计算机视觉科学,13,7,341-353(2010)·Zbl 1273.76338号
[18] 阿库尼亚,M。;Aoki,T.,多节点GPU集群上的实时海啸模拟,ACM/IEEE超级计算会议(2009)
[19] Dutykh博士。;Poncet,R。;Dias,F.,《海啸波数值模拟的VOLNA代码:生成、传播和淹没》,《Eur J Mech-B/Fluids》,30,6,598-615(2011)·Zbl 1258.76036号
[20] 里格利,I.Z。;贾尔斯,D。;戈皮纳坦,D。;基维,L。;贝克,J.H。;贾尔斯,M.B。;吉拉斯,S。;Dias,F.,VOLNA-OP2海啸代码(1.5版),Geosci Model Dev,11,11,4621-4635(2018)
[21] Poncet,R.,《圣劳伦斯河口两次滑坡的海啸影响研究》(Mosher,D.C.;等,《海底质量运动及其后果》(2010),荷兰斯普林格),755-764
[22] Dias,F.,《关于海啸发生和海啸淹没的建模》,国际海啸协会,10,338-355(2014)
[23] 贾尔斯,D。;B.麦康奈尔。;Dias,F.,《利用Volna-OP2-降低爱尔兰海岸线海啸威胁建模》,地球科学,10226(2020)
[24] 戈皮纳坦,D。;Venugopal,M。;罗伊·D·。;Rajendran,K。;吉拉斯,S。;Dias,F.,通过海啸波的非线性随机反演,2004年苏门答腊-安达曼震源的不确定性,Proc R Soc A,47320170353(2017)·Zbl 1402.86002号
[25] T.S.Stefanakis,小岛能保护附近海岸免受海啸袭击吗?主动实验设计方法,Proc R Soc A,47020140575(2014)·Zbl 1371.86015号
[26] 贝克,J。;Guillas,S.,《计算机实验的交互信息顺序设计(MICE):海啸模型的仿真》,SIAM/ASA J Uncertain Quantif,4,1,739-766(2016)·Zbl 1349.62364号
[27] 吉拉斯,S。;萨里,A。;Day,S.J。;刘,X。;Dias,F.,Cascadia高分辨率海啸建模的功能仿真,Ann Appl Stat,2023-2053(2018)·Zbl 1411.62337号
[28] Salmanidou,D.M。;吉拉斯,S。;乔治奥波卢,A。;Dias,F.,《大西洋东北部罗卡尔河岸滑坡引发海啸的统计模拟》,Proc R Soc A,47320170026(2017)·Zbl 1404.86008号
[29] 刘,X。;Guillas,S.,《高斯过程仿真的降维:水深测量对海啸高度影响的应用》,SIAM/ASA J Uncertain Quantif,5,1,787-812(2017)·Zbl 1403.62217号
[30] Popinet,S.,《Serre-Green-Naghdi方程的四叉树自适应多重网格解算器》,《计算物理杂志》,302,336-358(2015)·Zbl 1349.76377号
[31] Glimsdal,S。;Pedersen,G.K。;哈比茨,C.B。;Lövholt,F.,海啸的扩散:真的重要吗?,自然灾害地球系统科学,131507-1526(2013)
[32] Mudalige,G.R。;贾尔斯,M.B。;Reguly,I。;贝尔托利,C。;Kelly,P.H.J.,OP2:在多核和多核架构上解决非结构化网格应用程序的主动库框架,2012年创新并行计算(InPar),1-12(2012),加利福尼亚州圣何塞
[33] Brocchini,M.,基于WAF方法的近岸水流高效求解器,海岸工程,43,2,105-129(2001)
[34] Harten,A。;拉克斯,P.D。;van Leer,B.,《双曲守恒律的上游差分格式和Godunov型格式》,SIAM Rev,25,1,35-61(1983)·Zbl 0565.65051号
[35] Zhou,J.G.,具有不连续河床地形的浅水方程的数值解,《国际数值方法流体》,38,769-788(2002)·Zbl 1040.76045号
[36] Howen,P.J.V.D。;Sommeijer,B.P.,计算振荡解的具有减少相位误差的显式Runge-Kutta(-Nyström)方法,SIAM J Numer Anal,24,3955-617(1987)·Zbl 0624.65058号
[37] 巴思·T·J。;Jespersen,D.C.,《非结构网格上迎风格式的设计和应用》,第27届航空航天科学会议(1989年)
[38] Thacker,W.C.,非线性浅水波方程的一些精确解,《流体力学杂志》,107499-508(1981)·Zbl 0462.76023号
[39] Delestre,O.,SWASHES:《水力和环境研究的浅水分析解决方案汇编》,《国际数值方法流体》,72,269-300(2013)·Zbl 1455.76005号
[40] 拉克斯,P.D。;Richtmyer,R.D.,线性有限差分方程稳定性综述,Commun Pure Appl Math,9267-293(1956)·Zbl 0072.08903号
[41] Burwell,D。;托尔科娃,E。;Chawla,A.,数值海啸模型的扩散和分散特征,海洋模型,19,10-30(2007)
[42] Salmanidou,D.M。;乔治奥波卢,A。;吉拉斯,S。;Dias,F.,《大西洋东北部罗卡尔河岸海底滑动建模的流变学考虑》,《物理流体》,30,030705(2018)
[43] 乔治奥波卢,A。;Shannon,P.M。;Sacchetti,F。;霍顿,P.D。;Benetti,S.,《基底控制的多斜坡崩塌》,Rockall Bank Slide Complex,NE Atlantic,Mar Geol,336198-214(2013)
[44] Kelfoun,K。;Druitt,T.H.,Socompa岩石雪崩侵位的数值模拟,智利,地球物理研究杂志,110(2005)
[45] LeVeque,R.J.,《常微分方程和偏微分方程的有限差分方法:稳态和时间相关问题》,工业和应用数学学会(2007)·Zbl 1127.65080号
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