网格生成

CPAS使用自家开发的网格生成算法,不管域的形状如何,分辨率的变化有多大, CPAS都可根据用户指定的域和目标分辨率来确定网格细化。CPAS所生成的是完全交错良好的网格,并不会在真实的模拟计算中出现问题。

多年来,MPAS-A在网格生成中存在一个众所周知的问题,即一些旧的网格生成算法(如劳埃德(Lloyd)算法)无法有效处理大幅度变化的分辨率,在Delaunay三角化也不可控地生成钝角三角形。在双重网格中具有钝角三角形的情况下,Voronoi原始网格中的相关部分称为差交错或偏心,而这些胡乱交错的部分会在MPAS的动态核心中产生错误。

我们的网格生成算法所生成的网格,满足了MPAS开创性论文中的假设*-每一条Delaunay三角剖分的边都恰好与一条Voronoi单元格的边相交,即等同于无钝角Delaunay三角条件。

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* 注释: Thuburn, J., T. Ringler, J. Klemp and W. Skamarock, 2009: Numerical representation of geostrophic modes on arbitrarily structured C-grids, Journal of Computational Physics, 2009: 228 (22), 8321-8335. doi:10.1016/j.jcp.2009.08.006

 

网格生成后,网格生成报告会随后呈现,让你清楚看到网格的质量和符合性。

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分层时间步长(HTS)和负载平衡

与MPAS使用恒定的全局时间步长不同,CPAS在MPAS-A(v6.3)动态内核中实施可选的分层时间步长(HTS)。网格生成后,CPAS会自动为不同范围的单元格分配时间步长。同时,CPAS使用了CFL条件来保证数值稳定性。在每一层时间步长上,时间步长长度增加了一倍,而所需的计算资源却减少了一半。相关的计算任务结果会在网格生成报告中呈现:

 

当使用分辨率变化大的网格时,计算量大大降低。如上表所示,能节省多少资源是由分辨率范围内单元格数的分布决定的。

CPAS还使用了近乎完美的并行计算法,从而使运行时间达到最小化。

 

延伸阅读:

白皮书1--联科大气模拟平台(CPAS)的分层时间步长的预测技能分析

白皮书2--网格质量、运行时间效率和联科大气模拟平台(CPAS)定制的可变分辨率网格的可预测性评估(第二版