面向地球系统过程模拟的流形空间元胞自动机方法

项目名称： 面向地球系统过程模拟的流形空间元胞自动机方法

项目编号： No.41301432

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 天文学、地球科学

项目作者： 余接情

作者单位： 中国矿业大学

项目金额： 25万元

中文摘要： 元胞自动机是研究非线性复杂系统过程的有效手段，但目前尚无一种与地球系统空间特征相称的元胞自动机。本项目旨在面向大尺度的地球系统过程模拟，基于地球系统的本质空间-球体流形空间以及地球系统空间格网(ESSG）发展一种流形空间元胞自动机方法及其原型系统,内容包括：1)基于ESSG的地球系统数据预处理方法；2)ESSG元胞邻居模型及邻居计算方法;3）流形空间元胞自动机并行算法及其原型系统;4)基于流形空间元胞自动机的地球内部热传递模拟实验。拟以ESSG三元组（C,T,A）为纽带，基于模型转换建立现有数据与元胞初始数据的映射,并针对ESSG的邻近关系以现有邻居模型为原型设计新的元胞邻居模型，并结合数据并行、负载均衡等策略对有关算法并行化，以可自定义元胞规则为目标开发开放的流形空间元胞自动机并行原型系统，最后以地球内部热传递为例结合具体物理规律定义相应的元胞规则开展应用试验，并与数值模拟结果比较检验。

中文关键词： 全球网格；元胞自动机；热传递；模拟；三维建模

英文摘要： Cellular automaton is an effective way of solving non-linear problem of earth system process simulation. Aiming at large-scale earth system process simulation, this project is to develop a manifold cellular automaton method and its prototype based on the intrinsic space of earth system and Earth System Spatial Gird(ESSG). The points of research includes: a) methods of preprocessing for earth system data based on ESSG; b) cellular neighbour model and the calculation methods of cellular neighbour; c) parallel algorithms for the manifold cellular automaton and its parallel prototype; d) experiments on the earth interior heat transfer simulation based on the manifold cellular automaton. The model of ESSG triple(C,T,A) is taken as a medium to make a mapping between the source data and the initial cellular data by models transfer. The parallel algorithms for the manifold cellular automaton are desinged by the strategies of data paralleling, load balancing, and so on. The manifold cellular automaton open parallel prototype is then developed at the guide of self-defined rules. Finaly, earth interior heat transfer is taken as an example to carry out an experiment for the developed cellular automaton,and then make an verification by the comparison with the numerical simulation results.

英文关键词： global grid；Cellular Automata；heat conduction；simulation；3D modeling