[发明专利]一种适用于大规模分布式水文模拟的并行方法

说明书

本发明提供一种适用于大规模分布式水文模拟的并行方法，能够提高使用时空离散并行策略进行分布式水文模拟的计算速度。所述方法包括：获取待模拟流域，其中，所述待模拟流域包括：多个子流域；采用时空离散并行策略，在空间上对所述待模拟流域的各个子流域进行静态任务划分，将所述待模拟流域的多个子流域的水文模拟任务分配到多个处理器核上并行执行；其中，单个子流域在某个模拟时刻的水文模拟计算过程作为并行化执行的任务单元；静态任务划分下，单个处理器核上的进程用于执行被分配到本进程上的所有子流域在所有时刻上的水文模拟任务，进程间采用非阻塞通信方式传递数据。本发明涉及水文模拟领域。

技术领域

本发明涉及水文模拟领域，特别是指一种适用于大规模分布式水文模拟的并行方法。

背景技术

水文模拟是用于模拟自然界降雨、下渗、土壤蒸发、植物蒸腾、积雪融化、河网汇流等复杂水循环物理过程的技术，其作为水资源开发利用、防洪减灾、水库管理、道路修建、城市规划、点源污染评价、人类活动的流域响应等领域的支柱，与人类的生存息息相关。当下水文模拟中使用得最广泛的模拟方式是分布式模拟，分布式水文模拟根据河网流向等因素将待研究流域划分为若干个小的计算单元(也称为：子流域)后，分别在各个子流域内将各种复杂物理过程如降水、下渗、蒸发、植物蒸腾、融雪等自然现象以数学模型的方式进行模拟计算，最后再将各个子流域上的模拟结果按照河网汇流关系进行汇总得到整个待研究流域的模拟结果。然而作为预测类的应用技术，分布式水文模拟在大空间规模、大时间规模、多复杂物理过程背景下的计算速度受到了单核处理器的严重限制。

为了提高水文模拟的计算速度，保证其计算的及时性和时效性，引入了高性能计算技术，尝试利用多核处理器来并行化分布式水文模拟的计算过程。现有的并行化分布式水文模拟的相关研究中，大多数仅仅只考虑了分布式水文模拟空间上的可并行性，即可将无依赖关系的多个子流域的分配到多个处理器核上并行执行，然而水文模拟上下子流域间的河网汇流关系决定了子流域间的强空间依赖性，使得水文模拟的计算过程越进行到流域的出口子流域时可并行执行的子流域个数越少而浪费了大量的处理器资源，分布式水文模拟的该种特性严重限制了仅对水文模拟进行空间分解的并行化方式的并行加速效果；极少数相关研究在对水文模拟进行空间离散并行的基础上，进一步从时间角度上考虑了分布式水文模拟的可并行性，即某个上游子流域完成t₁时刻的计算后，其自身下一时刻t₂的计算与其下游子流域t₁时刻的计算可以同时进行，该种时空离散并行策略大大加快了大规模分布式水文模拟的计算过程，然而现阶段该策略在实现时所采用的任务分配方式是动态任务分配，通信方式是阻塞通信方式：由主进程负责将不同子流域在不同时刻的水文模拟子任务分配到不同从进程上去执行，该情况下单个子流域的不同时刻的模拟计算任务可能会被分配到不同从进程上去执行，从进程需要频繁和主进程进行阻塞通信来获取进行模拟计算时所需要的数据，造成了较多的通信等待消耗从而影响了时空离散并行策略的加速效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于大规模分布式水文模拟的并行方法，以解决现有技术所存在的使用动态任务分配和阻塞通信时由于进程间频繁通信而造成的处理器资源的额外消耗的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种适用于大规模分布式水文模拟的并行方法，包括：

获取待模拟流域，其中，所述待模拟流域包括：多个子流域；

采用时空离散并行策略，在空间上对所述待模拟流域的各个子流域进行静态任务划分，将所述待模拟流域的多个子流域的水文模拟任务分配到多个处理器核上并行执行；

其中，单个子流域在某个模拟时刻的水文模拟计算过程作为并行化执行的任务单元；静态任务划分下，单个处理器核上的进程用于执行被分配到本进程上的所有子流域在所有时刻上的水文模拟任务，进程间采用非阻塞通信方式传递数据。

进一步地，在静态任务划分下，各个进程采用对等模式执行被分配到本进程上的所有子流域在所有时刻上的水文模拟任务。