%0 Thesis
%4 sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.01.15.57
%2 sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.01.15.57.30
%T Paralelização do termo de reatividade química do modelo ambiental CCATT-BRAMS utilizando um solver baseado em estimação linear ótima
%J Parallelization of the chemical reactions module of the CCATT-BRAMS environmental model using a solver based on optimal linear estimation
%D 2014
%8 2014-11-28
%9 Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada)
%P 103
%A Fernandes, Alex de Almeida,
%E Carvalho, Solon Venâncio de (presidente),
%E Stephany, Stephan (orientador),
%E Panetta, Jairo (orientador),
%E Velho, Haroldo Fraga de Campos,
%E Sanches, Carlos Alberto Alonso,
%I Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
%C São José dos Campos
%K CCATT-BRAMS, OpenMP, química atmosférica, estimação linear ótima, atmospheric chemistry, optimal linear estimation.
%X O Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE) desenvolveu e utiliza o modelo ambiental CCATT-BRAMS que acopla um modelo de transporte de gases traço ao modelo regional BRAMS. Este modelo ambiental possui um termo de reatividade química que atualiza a composição química da atmosfera para o passo de tempo considerado. Este termo modela as reações químicas entre componentes da atmosfera e deve ser resolvido para cada ponto da grade espacial. A composição química da atmosfera influi na absorção de radiação solar pela atmosfera impactando seu balanço térmico. Entretanto, seu custo computacional ao ser executado a cada passo de tempo é uma ordem de grandeza superior ao do modelo BRAMS, de forma que seu uso operacional é possível com sua execução a cada 4 passos de tempo. Esse custo deve-se à resolução de um sistema linear de equações para cada ponto de grade. O solver utilizado correntemente tem uma implementação sequencial e sua paralelização demandaria alterações significativas do código correspondente. Assim, este trabalho propõe o uso de um solver baseado em estimação linear ótima que possui um código mais simples e mais apropriada à paralelização. Testes demonstraram que o solver proposto fornece resultado numericamente equivalentes àqueles do solver original e que possibilita um ganho de desempenho ao ser paralelizado com a biblioteca OpenMP. Investigou-se também a possibilidade de portá-lo para execução em placa aceleradora gráfica (GPU) prevendo a disponibilidade desses aceleradores num futuro supercomputador do CPTEC/INPE. ABSTRACT: The Center for Weather Forecasting and Climate Studies (CPTEC/INPE) developed and employs the environmental model CCATT-BRAMS that couples a pollutant transport model and the regional numerical model BRAMS. This environmental model includes a chemical reactions module that updates the chemical composition of the atmosphere for the considered timestep. This module models the chemical reactions between atmospheric components and must be solved for each gridpoint. The atmospheric chemical composition influences the absorption of solar radiation by the atmosphere thus affecting it is thermal balance. However the computational cost of executing this module at every timestep is one order of magnitude higher than that of the BRAMS model. Therefore, its operational use is feasible with an execution every 4 timesteps. Such computational cost is due to the resolution of a linear system of equations for each gridpoint. The currently employed solver has a serial version and would demand large modifications of the code in order to be parallelized. This work proposes the use of a solver based on optimal linear estimation that has a code that is simpler and more suitable for parallelization. Numerical tests show that the proposed solver achieved results that are numerically equivalent to those of the original solver. In addition, the OpenMP parallel version of the proposed solver achieved reasonable speed-up. This work also investigated the portability of the proposed solver for execution in a graphics processing unit (GPU) since such accelerators may be available in a future supercomputer of CPTEC/INPE.
%@language pt
%3 publicacao_.pdf