Том 29, номер 10, статья № 6

Аннотация:

Настоящая статья принадлежит циклу работ, направленных на повышение производительности радиационных кодов, реализующих статистический метод Монте-Карло. Приведено краткое описание основных блоков двух программ, предназначенных для расчета интенсивности солнечного излучения в вертикально-неоднородной среде, – базовой, реализованной на языке Фортран, и ее оптимизированной версии, реализованной на языке Си. Представлены результаты тестов, направленных на оценку быстродействия каждого из кодов при разных условиях численного эксперимента. В рассмотренных случаях показатели быстродействия оптимизированного Си-кода оказались выше по сравнению с показателями базового варианта. Показано, что различия во времени выполнения кодов снижаются при увеличении оптической плотности атмосферы и при использовании более производительных вычислительных машин. Разработанная Си-программа может служить основой для создания высокопроизводительного радиационного кода.

Ключевые слова:

солнечная радиация, облачность, метод Монте-Карло, численное моделирование, оптимизация, языки программирования Фортран и Си

Список литературы:

1. Boas D., Culver J., Stott J., Dunn A. Three dimensional Monte Carlo code for photon migration through complex heterogeneous media including the adult human head // Opt. Express. 2002. V. 10, N 3. P. 159–170.
2. Demers H., Poirier-Demers N., Couture A.R., Joly D., Guilmain M., Jonge N., Drouin D. Three-Dimensional Electron Microscopy Simulation with the CASINO Monte Carlo Software // Scanning. 2011. V. 33, iss. 3. P. 135–146.
3. Fang Q., Kaeli D.R. Accelerating mesh-based Monte Carlo method on modern CPU architectures // Biomed. Opt. Express. 2012. V. 3, iss. 12. P. 3223–3230.
4. Mohanty S.K., Lakshminarayananan V. Optical Techniques in Optogenetics // J. Mod. Opt. 2015. V. 62, N 12. P. 949–970.
5. 3D Radiative Transfer in Cloudy Atmospheres / Ed. by A. Marshak, A. Davis. Berlin; Heidelberg: Springer, 2005. 688 p.
6. Owens J.D., Houston M., Luebke D., Green S., Stone J.E., Phillips J.C. GPU computing // Proc. IEEE. 2008. V. 96, N 5. P. 879–899.
7. Басс Л.П., Николаева О.В. Радуга-6 – программа расчета стационарных и нестационарных нейтронных и гамма полей в 1D, 2D, 3D областях // Труды 7-й МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», ОКБ «ГИДРОПРЕСС», 2011.
8. Berk A., Anderson G.P., Acharya P.K., Bernstein L.S., Muratov L., Lee J., Fox M., Adler-Golden S.M., Chetwynd J.H., Hoke M.L., Lockwood R.B., Gardner J.A., Cooley T.W., Borel C.C., Lewis P.E., Shettle E.P. MODTRAN5: 2006 Update // Proc. SPIE. 2006. V. 6233. N 62331F. DOI: 10.1117/12.665077.
9. Ricchiazzi P., Yang S., Gautier C., Sowle D. SBDART: A Research and Teaching Software Tool for Plane-Parallel Radiative Transfer in the Earth's Atmosphere // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1998. V. 79, N 10. P. 2101–2114.
10. Grosse-Kunstleve R.W., Terwilliger Т.C., Sauter N.K. Adams P.D. Automatic Fortran to C++ conversion with FABLE // Source Code Biol. Med. 2012. V. 7. Article number 5. DOI: 10.1186/1751-0473-7-5.
11. Buras R., Dowling T., Emde C. New secondary-scattering correction in DISORT with increased efficiency for forward scattering // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112, N 12. P. 2028–2034.
12. URL: http://reef.atmos.colostate.edu/~gregm/xrtm/
13. Buehler S.A., Eriksson P., Kuhn T., von Engeln A., Verdes C. ARTS, the Atmospheric Radiative Transfer Simulator // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2005 V. 91, N 1. P. 65–93.
14. Wang L.H., Jacques S.L., Zheng L. MCML – Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues // Comp. Methods Programs Biomed. 1995. V. 47. P. 131–146.
15. Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Дарбинян Р.А., Каргин Б.А., Елепов Б.С. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Наука, 1976. 280 с.
16. Назаралиев М.А. Статистическое моделирование радиационных процессов в атмосфере. Новосибирск: Наука, 1990. 227 с.
17. Hess M., Koepke P., Schult I. Optical Properties of Aerosols and Clouds: The software package OPAC // Bull. Amer. Meteorol. Soc. 1998. V. 79, N 5. P. 831–844.
18. Комаров В.С., Ломакина Н.Я. Статистические модели пограничного слоя атмосферы Западной Сибири. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2008. 222 с.
19. Hook S.J. ASTER Spectral Library: Johns Hopkins University (JHU) spectral library; Jet Propulsion Laboratory (JPL) spectral library; The United States Geological Survey (USGS-Reston) spectral library. 1998. Dedicated CD-ROM. Version1.2. (см. также http://speclib.jpl.nasa.gov).