Home

PKUGCM Wiki

1. Development Framework

PKUGCM（Peking University General Circulation Model）是北京大学大气与海洋科学系气候组发展的大气环流模式。该模式代码是从University of Hamburg的PUMA动力框架fork而来。我们在此基础上推进两大类改进：第一类是针对科学研究的改进，以增加基础性物理模块为主，由第一工作组（Working Group 1）推进；第二类是针对代码优化的改进，以不断提高并行计算效率为主，由第二工作组（Working Group 2）推进。

PKUGCM的设计初衷来自3个基本准则：

1. **人群：**适合独立科学家使用。基本硬件条件：一台PC（再加一块GPU卡）；免费的GNU编译器；简单好用的使用体验；完善的技术文档。我们相信，大学中的科学家、青年学者和学生，即使没有大型cluster资源、即使没有大笔的科研经费用于购买机时、即使不参加IPCC级别的大型国际合作，也应该有适合做基础研究用的模式。我们发展的PKUGCM尤其适合他们。
2. **领域：**适合古气候和理想试验。具体而言：100万年以来的地球气候变化；对流层与平流层；大气的大尺度动力学问题；平流问题（如同位素模拟）；气候评估；理想试验。
3. **计算：**速度要快到可模拟 100~1000 modelyears/day 的级别。 我们努力推动把异构并行计算技术带到PKUGCM中。

下面列出当前发展计划的要点：

1.1 第一工作组

第一工作组（Working Group 1）是科学导向的工作小组。按优先级推动的to-do-list：

• 区域性 surface heating
  • 12个月的逐月净增加 （如ENSO海区每年下半年的heating）
  • 季节循环的冬夏互相抵消的增加 （如季风性大陆对大气的heating： 夏天heating大气； 冬天cooling大气）
• 区域性 near-surface momentum friction/diffusion
• Orography: 需同时包含上述两种效应

1.2 第二工作组

第二工作组（Working Group 2）是计算导向的工作小组。按优先级推动的to-do-list：

• 更易于使用、且整合到一起的namelist
  • 包含 WG1 中区域性 heating 和 diffusion 的公式性表达法
  • 改进现有的NLAT和NLEV作为命令行参数的做法
• OpenMP并行
• CUDA并行
  • FFT先一步用CUDA的自带C库替代
  • 在进一步按照profiling的优先级进行CUDA并行
• Output使用GrADS格式

1.3 第三工作组

第三工作组（Working Group 3）是文档写作的工作小组。 目前我们没有多余精力推动这个小组的工作，留待以后再说。但毫无疑问，文档写作会是模式发展后期最重要的工作之一。届时，我们会以极高标准，完成相关的文档建设。