Труды КНЦ (Естественные и гуманитарные науки вып.2/2023(2))

Научная статья УДК 551.513:551.515.2 doi:10.37614/2949-1185.2023.2.2.010 ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ В МОДЕЛЯХ ОБЩЕЙ ЦИРКУЛЯЦИИ АТМОСФЕРЫ Константин Геннадьеви Орлов1, Игорь Викторович Мингалев2, Екатерина Алфеевна Федотова3, Виктор Степанович Мингалев4 1-4Полярный геофизический институт, Апатиты, Россия 1orlov@pgia.ru, https:orcid/org/0000-0002-3317-3480 2mingalev_i@pgia.ru, https:orcid/org/0000-0002-5968-6188 3https:orcid/org/0000-0002-6020-5927 4https:orcid/org/0000-0003-0341-6901 Аннотация В данной работе изложен способ организации параллельных вычислений на графических процессорах с использованием технологии CUDA применительно к модели общей циркуляции нижней и средней атмосферы Земли. Эта модель разрабатывается в Полярном геофизическом институте иоснована на численном интегрировании полной системы уравнений динамики вязкого атмосферного газа на пространственной сетке с высоким разрешением в сферическом слое вокруг поверхности Земли. Вмодель включен блок расчета переноса солнечного итеплового излучения, который также использует параллельные вычисления на основе технологии CUDA. Ключевые слова: модель общей циркуляции атмосферы, параллельные вычисления, технология CUDA, перенос излучения Original article PARALLEL CALCULATIONS IN MODELS OF THE GENERAL ATMOSPHERE CIRCULATION Konstantin G. Orlov1, Igor V. Mingalev2, Ekaterina A. Fedotova3, Viktor S. Mingalev4 1-4Polar Geophysical Institute, Apatity, Russia 1orlov@pgia.ru, https:orcid/org/0000-0002-3317-3480 2mingalev_i@pgiaru, https:orcid/org/0000-0002-5968-6188 3https:orcid/org/0000-0002-6020-5927 4https:orcid/org/0000-0003-0341-6901 Abstract This paper describes a method for organizing parallel computing on graphics processors using CUDA technology, in relation to the general circulation model of the lower and middle atmosphere of the Earth. This model is being developed at the Polar Geophysical Institute and is based on the numerical integration of a complete system of equations for the dynamics of viscous atmospheric gas on a high-resolution spatial grid in a spherical layer around the Earth's surface. The model includes a block for calculating the transfer of solar and thermal radiation, which also uses parallel calculations based on CUDA technology. Keywords: general atmospheric circulation model, parallel computing, CUDA technology, radiation transfer Введение Авторами данной работы в течение нескольких лет разрабатывается модель общей циркуляции нижней и средней атмосферы Земли, основанная на численном интегрировании полной системы уравнений газовой динамики. Данная модель вместе со всеми блоками описания физических процессов полностью реализована на графических процессорах с использованием технологии CUDA. В атмосфере Земли постоянно протекают следующие основные физические процессы. Происходит поглощение и рассеяние атмосферным газом солнечного излучения в частотных диапазонах УФ, видимом и ближнем ИК, а также испускание, поглощение и рассеяние собственного излучения и излучения поверхности Земли в дальнем и среднем ИК-диапазонах. Постоянно происходит образование облаков, их испарение и движение, а также выпадение осадков. Динамика облаков сильно влияет на нагрев-охлаждение атмосферного газа за счет поглощения и испускания излучения. Еще один важный процесс — это фотохимические и химические процессы, в частности, образование и разрушение озона. Концентрация озона сильно влияет на скорость нагрева атмосферного газа солнечным излучением в стратосфере и мезосфере. Следующий процесс — движение атмосферного газа, обусловленное полем Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2023. Т. 2, № 2. С. 86-93. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Natural Sciences and Humanities. 2023. Vol. 2, No. 2. P. 86-93. © Орлов К. Г., Мингалев И. В., Федотова Е. А., Мингалев В. С., 2023 86