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克里斯托弗·纽曼;杰弗里·沃梅尔多夫;丹娜·诺尔（Dana A.Knoll）。;路易斯·查科恩

自由表面海洋模型的一种避免通信的隐式显式方法。 （英语） Zbl 1349.86010号

J.计算。物理学。 305, 877-894 (2016).
摘要：我们研究了基于斜压-斜压分解的自由表面海洋方程的非线性消去方法。采用预处理无雅可比牛顿-克利洛夫方法（JFNK）隐式处理二维标量连续性方程。剩余的三维方程在JFNK残差评估中用一种称为非线性消除的方法进行了显式的子循环。在这种方法中，与完全耦合的隐式方法相比，底层Krylov向量的内存占用大大减少。该方法是二阶精度的，在算法上具有伸缩性，允许的时间步长比完全显式方法大得多。此外，该算法的层次性很容易适应新兴体系结构。特别是，我们为三维显式系统引入了一种通信分段策略，该策略大大降低了算法的通信成本，并提供了一个关键优势，因为相对于新兴体系结构中的浮点成本，通信成本仍然占主导地位。

引用于2文件

MSC公司：

86-08 地球物理问题的计算方法
6500万06 偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65平方米 含偏微分方程初值和初边值问题离散方程的数值解
86A05型 水文学、水文学、海洋学

关键词：

海洋建模;IMEX方法;Jacobian自由Newton-Krylov方法;非线性消除;通信避免算法

软件：

流行音乐;开放式多媒体接口;硝基苯砜;HYCOM公司;并行netCDF;GFDL公司;毫升;MPAS海洋;特里利诺斯
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{C.Newman}等人，J.Compute。物理学。305877--894（2016；Zbl 1349.86010）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 马尔特鲁德，M。；McClean，J.，《涡流分辨率全球1/10海洋模拟》，海洋模型。，2005年8月31日至54日
[2] 麦克莱恩，J。；Bader，D。；布莱恩，F。；马尔特鲁德，M。；丹尼斯·J。；米林，A。；琼斯，P。；Kim，Y。；伊万诺娃，D。；Vertenstein，M.，两个十年全耦合精细分辨率CCSM模拟原型，海洋模型。（2011年）
[3] 杜科维奇，J。；Smith，R.，《Bryan-Cox-Semtner海洋模型的隐式自由曲面方法》，J.Geophys。研究，99，7991-8014（1994）
[4] Hallberg，R.，《大规模海洋建模的稳定分裂时间步进方案》，J.Compute。物理。，135, 54-65 (1997) ·Zbl 0889.76044号
[5] 希格顿，R。；de Szoeke，R.，海洋环流建模的斜压-斜压时间分裂，J.Compute。物理。，135, 30-53 (1997) ·Zbl 0888.76055号
[6] Bernsen，E。；Dijkstra，H。；Thies，J。；Wubs，F.，《应用无Jacobian牛顿-克利洛夫方法减少海洋环流模型的旋转时间》，J.Compute。物理。，229, 8167-8179 (2010) ·兹比尔1196.86004
[7] Dijkstra，H。；Oksuzoglu，H。；Wubs，F。；Botta，E.，三维温盐海洋环流的完全隐式模型，J.Compute。物理。，173, 685-715 (2001) ·Zbl 1051.86004号
[8] 纽曼，C。；Knoll，D.A.，《基于物理的海洋模拟预条件器》，SIAM J.Sci。计算。，35，S445-S464（2013）·Zbl 1406.86005号
[9] Thies，J。；Wubs，F。；Dijkstra，H.，使用并行全隐式海洋模型对三维海洋流进行分叉分析，海洋模型。，30, 287-297 (2009)
[10] 韦杰尔，W。；Dijkstra，H。；奥库苏佐鲁，H。；Wubs，F。；de Niet，A.，全球海洋环流的完全隐式模型，J.Compute。物理。，192, 452-470 (2003) ·Zbl 1032.76557号
[11] Wubs，F。；德尼特，A。；Dijkstra，H.，《B网格和C网格上隐式海洋模型的性能》，J.Compute。物理。，211, 210-228 (2006) ·Zbl 1083.86002号
[12] Evans，K。；Rouson，D。；塞林格，A。；泰勒，M。；Weijer，W。；White，J.，社区气候系统模型组件内的可扩展和适应性解决方案框架，（计算科学-ICCS 2009（2009）），332-341
[13] Knoll，D.A。；Keyes，D.E.，《无雅可比牛顿-克利洛夫方法：方法和应用调查》，J.Compute。物理。，193, 357-397 (2004) ·Zbl 1036.65045号
[14] 纳迪加，B。；泰勒，M。；Lorenz，J.，《气候研究的海洋建模：在海洋环流的长期高分辨率研究中消除短时间尺度》，数学。计算。型号。，44, 870-886 (2006) ·Zbl 1132.86310号
[15] 史密斯，R。；Gent，P.，《平行海洋计划（POP）参考手册》（2002），洛斯阿拉莫斯国家实验室，技术报告洛斯阿拉莫斯技术报告LA-UR-02-2484
[16] Weijer，W.，并行海洋计划（imPOP）隐式版本参考手册（2009年），洛斯阿拉莫斯国家实验室，技术报告洛斯阿拉莫斯技术报告LA-UR-09-7040
[17] Knoll，D.A。；Mousseau，V.A。；Chacón，L。；Reisner，J.M.，《刚性波系统精确时间积分的无雅可比牛顿-克利洛夫方法》，J.Sci。计算。，25, 213-230 (2005) ·Zbl 1203.65071号
[18] 帕克，H。；努尔加列夫，R.R。；马提诺，R.C。；Knoll，D.A.，《关于基于物理的Navier-Stokes方程预处理》，J.Compute。物理。，2289131-9146（2010年）·Zbl 1395.65028号
[19] 陈，G。；Chacón，L。；Barnes，D.C.，《能量和电荷守恒的隐式静电粒子-细胞算法》，J.Compute。物理。，230, 7018-7036 (2011) ·Zbl 1237.78006号
[20] Ying，W。；Rose，D.J。；Henriquez，C.S.，《心脏动力学建模的高效全隐式时间积分方法》，IEEE Trans。生物识别。工程师，55，2701-2711（2008）
[21] 卡迪奥格鲁，S.Y。；Knoll，D.A.，《流体力学和非线性热传导问题的完全二阶隐式/显式时间积分技术》，J.Compute。物理。，229, 3237-3249 (2010) ·Zbl 1307.76056号
[22] 卡迪奥格鲁，S.Y。；Knoll，D.A。；Lowrie，R.B。；Rauenzahn，R.M.，辐射流体力学的二阶自洽IMEX方法，J.Compute。物理。，229, 8313-8332 (2010) ·Zbl 1381.76262号
[23] Lemieux，J.-F。；Knoll，D.A。；Losch，M。；Girard，C.，海冰动力学的二阶精确时间IMplicit-EXPplicit（IMEX）积分方案，J.Comput。物理。，263, 375-392 (2014) ·Zbl 1349.86006号
[24] 陈，G。；Chacón，L。；Barnes，D.C.，非线性隐式一维颗粒细胞算法的高效混合精度混合CPU-GPU实现，J.Compute。物理。，231, 5374-5388 (2012)
[25] 西雅图州塔塔诺。；Knoll，D.A。；Chacón，L。；Chen，G.，为Vlasov-Ampère细胞内粒子（PIC）系统开发一致且稳定的全隐式矩法，SIAM J.Sci。计算。，35，S126-S149（2013）·Zbl 1282.82038号
[26] Knoll，D.A。；帕克，H。；Smith，K.，无雅可比牛顿-克利洛夫方法在板几何中输运源迭代非线性加速中的应用，Nucl。科学。工程，167122（2011）
[27] 帕克，H。；Knoll，D。；Newman，C.，运输临界问题的非线性加速，Nucl。科学。工程，172，52（2012）
[28] 帕克，H。；Knoll，D。；Rauenzahn，R。；纽曼，C。；Densmore，J。；Wollaber，A.，一种用于热辐射传输问题的高效、时间准确、基于动量的尺度桥接算法，SIAM J.Sci。计算。，35，第18-S41页（2013年）·Zbl 1285.65092号
[29] 帕克，H。；Knoll，D。；Rauenzahn，R。；Wollaber，A。；Densmore，J.，《热辐射传输问题的一致、基于动量的多尺度求解方法》，Transp。理论统计物理。，41, 284-303 (2012) ·Zbl 1278.82051号
[30] Wallcraft，A.J。；查西尼特，E.P。；赫尔伯特，H.E。；Townsend，T.L.，《使用HYCOM进行大西洋模拟（1/25°）》（2005），海军研究实验室，斯坦尼斯航天中心，MS，海洋学部门，技术报告编号NRL/PP/7320-05-5263
[31] 达塔，K。；卡米尔，S。；威廉姆斯。；Oliker，L。；沙尔夫，J。；Yelick，K.，《现代微处理器模板计算的优化和性能建模》，SIAM Rev.，51，129-159（2009）·Zbl 1160.65359号
[32] Wittmann，M。；海格·G。；Treibig，J。；Wellein，G.，《利用共享缓存在多核处理器和集群上并行时间阻塞模具代码》，《并行处理》。莱特。，20, 359-376 (2010)
[33] Wonnacott，D.，《利用时间倾斜消除由于内存带宽和网络限制而导致的空闲时间》，（第14届国际并行和分布式处理研讨会论文集，2000年）。第14届国际并行和分布式处理研讨会论文集，2000年，IPDPS 2000（2000），IEEE，171-180
[34] 丁，C。；He，Y.，解决PDE问题时减少通信的虚单元扩展方法，（超级计算，ACM/IEEE 2001年会议（2001），IEEE），55
[35] Lambert，J.，《常微分系统的数值方法：初值问题》（1991），John Wiley&Sons，Inc·兹比尔074565049
[36] 林格勒，T。；彼得森，M。；Higdon，R.L。；雅各布森，D。；琼斯，P.W。；Maltrud，M.，全球海洋建模的多分辨率方法，海洋模型。，69, 211-232 (2013)
[37] 帕卡诺夫斯基，R。；Dixon，K.公司。；Rosati，A.，《GFDL模块化海洋模型用户指南》（1993），地球物理流体动力学实验室：美国普林斯顿地球物理流体力学实验室，GFDL海洋集团技术代表2，技术报告
[38] Kelley，C.T.，《线性和非线性方程的迭代方法》（1995），SIAM：宾夕法尼亚州费城SIAM·Zbl 0832.65046号
[39] Saad，Y.，《稀疏线性系统的迭代方法》，《计算机科学中的PWS系列》（1995），PWS出版公司：PWS出版社，马萨诸塞州波士顿·Zbl 1002.65042号
[40] 佩妮斯，M。；Walker，H.F.，NITSOL:非线性系统的牛顿迭代求解器，SIAM J.Sci。计算。，19, 302-318 (1998) ·Zbl 0916.65049号
[41] Brown，P.N。；Saad，Y.，非线性方程组的混合Krylov方法，SIAM J.Sci。统计计算。，11, 450-481 (1990) ·Zbl 0708.65049号
[42] Dembo，R。；艾森斯塔特，南卡罗来纳州。；Steihaug，T.，不精确牛顿方法，SIAM J.Numer。分析。，19, 400-408 (1982) ·Zbl 0478.65030号
[43] 艾森斯塔特，S.C。；Walker，H.F.，《用不精确牛顿法选择强迫项》，SIAM J.Sci。计算。，17, 16-32 (1996) ·Zbl 0845.65021号
[44] Chacón，L。；Knoll，D.A。；Finn，J.M.，《隐式、非线性降低电阻MHD求解器》，J.Compute。物理。，178, 15-36 (2002) ·Zbl 1139.76328号
[45] Knoll，D.A。；Rider，W.J.，《多重网格预处理Newton-Krylov方法》，SIAM J.Sci。计算。，21, 691-710 (2000) ·兹比尔0952.65102
[46] 美国特罗滕贝格。；Oosterlee，C.W。；Schüller，A.，Multigrid（2000），学术出版社
[47] 荒川，A。；Lamb，V.R.，加州大学洛杉矶分校大气环流模型基本动力学过程的计算设计，（Chang，J.，《计算物理方法》，第17卷（1977年），学术出版社：纽约学术出版社），173-265
[48] Stallman，R.，《使用GNU编译器集合》（2012），自由软件基金会：马萨诸塞州剑桥自由软件基金
[49] 加布里埃尔，E。；法格，G.E。；博西尔卡，G。；Angskun，T。；Dongarra，J.J。；斯奎尔斯，J.M。；萨哈伊，V。；坎巴杜尔，P。；巴雷特，B。；Lumsdaine，A。；卡斯坦，R.H。；Daniel，D.J。；格雷厄姆·R·L。；Woodall，T.S.，《开放式MPI：下一代MPI实现的目标、概念和设计》，（第11届欧洲PVM/MPI用户小组会议论文集。第11届欧盟PVM/MP1用户小组会议文献集，匈牙利布达佩斯（2004）），97-104
[50] 李，J。；Liao，W.K。；Choudhary，A。；罗斯，R。；塔库尔，R。；格罗普，W。；拉瑟姆，R。；西格尔，A。；加拉赫，B。；Zingale，M.，《并行网络CDF:科学高性能I/O接口》，（ACM/IEEE超级计算会议论文集（2003），ACM出版社），39
[51] Heroux，医学硕士。；Bartlett，R.A。；豪尔，V.E。；霍克斯特拉，R.J。；胡建杰。；科尔达·T·G。；Lehoucq，R.B。；Long，K.R。；Pawlowski，R.P。；Phipps，E.T.等人。；塞林格，A.G。；香港桑奎斯特。；杜米纳罗，R.S。；Willenbring，J.M。；威廉姆斯。；Stanley，K.S.，Trilinos项目概述，ACM Trans。数学。软质。，31, 397-423 (2005) ·兹比尔1136.65354
[52] 吉，M。；西弗特，C。；胡，J。；杜米纳罗，R。；Sala，M.，ML 5.0平滑聚合用户指南（2006），桑迪亚国家实验室，技术报告SAND2006-2649
[53] J.马洛茨克。；韦兰德，P。；Willebrand，J.，温盐环流经向平面模型中的不稳定性和多稳态，Tellus a，40，162-172（1988）
[54] Willert，J。；西雅图州塔塔诺。；Knoll，D.，《利用安德森加速度改进运输系统迭代解的收敛性》，J.Compute。物理。，273, 278-286 (2014) ·Zbl 1351.82093号
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