
面向响应系数法的FVCOM模型算法优化:以象山港为例
Optimization of FVCOM model algorithm for response coefficient method: A case study of Xiangshan Bay
基于响应系数的数值模拟是在港湾环境容量评估中的常用方法之一,但目前常见的海洋模型中没有可同时计算多个释放点的响应系数场且互不干扰的示踪物模块。针对响应系数法的特点,本研究对三维水动力海洋数值模型FVCOM(Finite-Volume Community Ocean Model)的示踪物模块(dyeing tracking, DYE)进行改进,在模型原有DYE模块的基础上增加多个功能与原DYE模块相同的独立模块,即并行计算多个DYE模块,使FVCOM能够同时计算多个互不干扰的保守示踪物模块。以一个理想地形矩形案例和一个象山港理想地形案例进行了测试。结果显示,改进算法模拟的多点源示踪物平流扩散过程互不影响,且模拟的响应系数场与传统算法一致;相较于传统算法,改进算法的计算过程耗时更短,对理想矩形案例的计算效率最高提升了85%,对象山港案例最高提升了78%;在并行运算的条件下,改进算法对CPU进程的利用率更高。使用改进后的DYE计算响应系数场可以缩短海洋环境容量评估的整体用时。
The response coefficient method is one of the widely used methods for controlling the total amount of pollutants from land-based sources in harbors and gulfs. However, the current popular ocean models do not have a tracer module that simultaneously calculates the response coefficient field of multiple release points without interfering with each other. Aiming at the characteristics of the response coefficient method, this study improves the tracer module (DYE)of the three-dimensional hydrodynamic ocean numerical model FVCOM (Finite-Volume Community Ocean Model)by adding independent modules with the same functions as the original DYE module to DYE modules in parallel, so that FVCOM can simultaneously calculate the response coefficient fields of multiple release points without interfering with each other. The improved DYE algorithm was tested with one case of ideal rectangle grid and one case of ideal Xiangshan Bay grid. The results show that the advection-diffusion process of multiple point source tracers simulated by the improved algorithm does not interfere with each other, and the simulation results are the same as those of the traditional algorithm; at the same time, the computation process of the improved algorithm takes less time, and the computation efficiency of the ideal rectangle case is increased by up to 85% and that of the Xiangshan Bay case is increased by up to 78% compared to the traditional algorithm; and the improved algorithm has a higher utilization rate of the CPU process under the condition of parallel computation than those of the traditional algorithm. The use of the improved DYE to calculate the response coefficient field can shorten the total time for marine environmental capacity assessment.
FVCOM / DYE / 响应系数 / 多源示踪物独立扩散 / 并行加速比 / CPU利用率
FVCOM / DYE / response coefficient / multi-source tracer independent diffusion / parallel speedup ratio / CPU utilization
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