Refinamento Dinâmico de Malhas Não-Estruturadas para Modelos Atmosféricos Globais

Resumo

A mudança do clima no planeta nos anos recentes tem incentivado e atraído mais pesquisas na área de previsão de fenômenos atmosféricos. Por causa disso, foram criados diversos modelos atmosféricos, os quais necessitam de um grande poder computacional para calcular o grande volume de parâmetros que são necessários para as simulações, pois para que a previsão ofereça um resultado preciso, muitos dados devem ser coletados, caso contrário a previsão não será confiável. Em um modelo atmosférico global toda a Terra é representada de forma discreta, através de uma malha de pontos. Quanto mais pontos discretos existirem, maior é a resolução da malha e, consequentemente mais dados são coletado, logo mais cálculos são processados, tornando possível uma previsão mais precisa. Desta forma, precisão e computação estão relacionados ao nível de refinamento da malha. Modelos globais como o Ocean-Land Atmosphere Model (OLAM) permitem o refinamento da malha no início da execução em um determinado ponto sem que seja necessário o refinamento da malha como um todo, sendo assim, não é preciso uma grande quantidade de dados e cálculos em uma determinada área em que não se deseja prever o tempo. No entanto, um refinamento dinâmico possibilitaria uma melhor compreensão das condições climáticas específicas de qualquer região da superfície terrestre que se tivesse interesse, especialmente em longos períodos de simulação, onde não haveria a necessidade de reiniciar a execução da aplicação. Do ponto de vista computacional, o refinamento de malhas em tempo de execução aumenta a carga de processamento e, consequentemente, é necessário balancear a carga entre as diferentes unidades de processamento paralelo. Tal tarefa se torna mais complicada na medida que diferentes níveis de paralelismo são encontrados nas arquiteturas atuais. Neste contexto, este trabalho investiga como explorar diferentes níveis de paralelismo em modelos climatológicos como OLAM com interfaces clássicas de programação paralela. O trabalho utiliza a noção de paralelismo de tarefas, para abstrair a granularidade paralela (processos, threads) de uma aplicação concorrente, com a finalidade de propor balanceamento de carga em malhas refinadas em tempo de execução. Como trabalho futuro serão apresentados resultados numéricos usando threads OpenMP e processos MPI para comprovar maior desempenho paralelo para malhas refinadas durante a execução do modelo OLAM. Além disso, será feito o uso de threads OpenMP para garantir distribuição de carga entre os processos, após uma invocação do refinamento de malhas. Desta forma será possível prover ou não maior desempenho na execução de aplicações climatológicas que utilizam refinamento de malhas em tempo de execução. Também é possível usar malhas de maior resolução para a representação da atmosfera terrestre e, consequentemente, ter previsões numéricas mais precisas. Este trabalho é fomentado pelo PBDA 2013.