大氣所大氣環流模式SAMIL3完成萬核測試試驗

　　近日，中國科學院大氣物理研究所（IAP）大氣科學與地球流體力學數值模擬國家重點實驗室（LASG）發展的高分辨率大氣環流模式SAMIL3，在國家超級計算（天津）中心的“天河一號”超級計算機上，成功進行了全球12.5公里和6公里分辨率萬核計算規模的性能測試。結果表明，SAMIL3具有優越的并行計算性能和并行I/O性能。這是我國見諸報道的首次利用三維大氣環流模式AGCM成功進行的萬核測試試驗。

　　SAMIL3是IAP/LASG地球系統模式研發團隊最新發展的高分辨率大氣環流模式。SAMIL3動力框架可以選擇譜方法（Wu et al., 1996）和有限體積方法（Lin, 1996），兩種方法使用同一套物理過程參數化方案。SAMIL3模式可以靈活使用200km，100km，50km，25km，12.5km，6.25km水平分辨率，垂直方向取26層。通過大量標準動力框架理想試驗和標準水球試驗，SAMIL3在不同分辨率下都有良好的穩定性和模擬效果。為了進一步測試模式的計算性能和I/O性能，SAMIL3研發團隊將SAMIL3水球試驗版本移植到“天河一號”超級計算機上進行大規模高分辨率性能測試。

　　水球試驗是指將完整大氣環流模式應用在完全被海洋覆蓋的地球上所進行的理想化實驗。水球試驗設計中沒有陸地，沒有海冰。全球海溫是給定的，從赤道向兩極遞減的理想分布。太陽常數為1365W/m2，太陽輻射沒有季節變化。臭氧沒有緯向變化，關于赤道南北對稱。CO2，CH4，N2O等氣體取常數，沒有影響輻射效應的氣溶膠。

　　模式計算性能測試結果（圖1）顯示，在千核以下并行計算規模，SAMIL3具有非常優越的計算性能，相對并行算法效率在1.0-1.12之間。當并行計算規模增加到千核以上時，SAMIL3的優越計算性能依然能夠保持，相對并行算法效率大于1.0。在3456核（12.5公里）和6144核（6.25公里）以上，SAMIL3的計算性能開始下降。在6144核（12.5公里）和13824核（6.25公里），SAMIL3的相對并行算法效率分別只有0.66和0.52。這說明SAMIL3在3456核（12.5公里）和6144核（6.25公里）以下，模式能夠保持優越的并行計算性能，模式運行速度最快可達1.5年（12.5公里分辨率）和3.5個月（6.25公里分辨率）每墻鐘時間一天。

　　在模式I/O性能測試中，在全球12.5公里分辨率下每個模式積分時間步輸出u，v，q，t，ps五個變量場，其中u，v，q，t是三維變量，ps是二維變量。測試結果如圖2所示，沒有I/O節點時，I/O模塊不占用任何計算時間，因此模式I/O效率達到100％。當只有6個I/O節點時，模式I/O效率可以達到80％以上。隨著I/O節點的增加，模式I/O效率逐漸上升。當每個核都有參與I/O時（1536核），模式I/O效率接近100％，即I/O過程不影響模式計算速度。在“天河”上大規模并行I/O測試結果表明，SAMIL3并行I/O模塊具有優越的性能。

　　高分辨率氣候模式的研發是當今氣候模擬研究領域國際競爭的前沿。高分辨SAMIL3模式在“天河”超級計算機上成功進行萬核測試，標志著中科院發展的氣候模式有能力參與高分辨率模式研發領域的國際競爭。SAMIL3萬核測試試驗的成功，與此前IAP/LASG大洋環流模式LICOM在“天河”計算機上成功進行10km分辨率的千核測試試驗一道，為發展超高分辨率的中科院氣候系統模式奠定了扎實基礎。

　　SAMIL3水球試驗在不同水平分辨率下的初步模擬效果請見：http://www.lasg.ac.cn/FGOALS/qbao/zlj/。