并行计算非球形气溶胶散射：时域多分辨率模型优化与验证

"基于时域多分辨率的非球形气溶胶散射并行计算模型设计及验证" 在本文中，研究者针对串行时域多分辨率（MRTD）散射模型在处理非球形气溶胶散射计算时面临的长时间运行和高内存消耗问题，提出了一种利用消息传递接口(MPI)技术实现的并行计算模型。MRTD模型是一种重要的计算方法，用于模拟和理解大气中非球形粒子的光散射特性，这对于大气光学研究、环境监测和气候模型等领域至关重要。 MRTD模型的基础框架主要基于离散偶极子近似（DDA）方法，该方法将粒子视为一系列偶极子，然后通过求解麦克斯韦方程来分析其散射特性。在并行计算模型的设计中，研究者提出了两种并行数据通信方案，其中一种是仅交换磁场分量，另一种是同时交换电磁场的两个分量（电场和磁场）。这两种方案都是通过MPI的重复非阻塞通信技术实现的，以优化并行计算的效率和并行度。 在实际应用中，研究团队构建了一个网络并行计算平台，成功实现了MRTD模型的并行化计算。通过与传统的Mie散射模型和T矩阵法进行比较，验证了并行MRTD模型的计算准确性。Mie散射模型适用于球形粒子，而T矩阵法则可以处理更复杂的形状，但MRTD模型则专门针对非球形粒子，能更精确地模拟它们的散射行为。 结果显示，MRTD模型在模拟非球形粒子散射时具有较高的精度，而并行计算技术的应用显著提升了计算速度。具体来说，当增加中央处理器(CPU)的核心数量时，程序的并行加速比也随之增加，这意味着计算效率得到了提升。然而，这也伴随着单核运行效率的轻微下降，这可能是由于并行通信开销和资源协调的影响。 进一步的分析表明，随着粒子尺度参数的增大，单核计算效率会提高，这可能是因为大尺度粒子的计算复杂性相对较低。此外，复折射率的变化对并行计算效率的影响并不显著，这意味着模型对于不同物质的散射特性有较好的适应性。 这项工作为非球形气溶胶的散射研究提供了一种高效且精确的计算工具，其并行计算策略有效地解决了原有模型的计算时间和内存限制，对大气光学、环境科学以及相关领域的研究有着积极的推动作用。