РАЗРАБОТКА И АДАПТАЦИЯ АЛГОРИТМОВ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НА СУПЕР-ЭВМ С ЭКСТРАМАССИВНЫМ ПАРАЛЛЕЛИЗМОМ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА МОРЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДАННЫХ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА

Цель: решение фундаментальных задач механики сплошных сред, связанных с математическим моделированием природных явлений, с прогнозированием природных и техногенных катастроф, с исследованиями Мирового океана и комплексным мониторингом природных объектов Дальнего Востока. Разработаны соответствующие математические модели, реализованы эффективные вычислительные алгоритмы на основе методов параллельных и распределенных вычислений для современных вычислительных комплексов. Разработан и реализован набор средств поддержки распараллеливания программ на основе генерации моделей программ в терминах сетей Петри. Выполнено полуавтоматическое распараллеливание и оптимизирован параллельный код программы моделирования цунами. Построена и реализована параллельная численная схема расчета сейшевых колебаний в природных водоемах. Разработанные программно-алгоритмические средства применены для численного исследования резонансных колебаний в акваториях залива Петра Великого Японского моря. Разработана параллельная реализация численной модели воздействия ударных волн в газе на поверхность мелкой воды, проведены численные исследования образования поверхностного возмущения под действием ударных волн. Cоздана и внедрена в опытную эксплуатацию система автоматического прослеживания тропических циклонов (ТЦ) с оценкой их геометрических параметров. Предложен метод оценки давления в центре ТЦ, и оценена точность его расчета. Разработаны и реализованы параллельные версии алгоритмов и программ для расчетов на многопроцессорном кластере. Созданные средства позволяют вести диагностику ТЦ в режиме реального времени и использовать результаты для усвоения в модели прогноза погоды WRF. Разработаны методики и программно-алгоритмические средства обработки и визуализации больших объемов пространственных данных в тематических приложениях с реализацией параллелизма на многопроцессорной вычислительной архитектуре. Методы и средства трансформации программ являются ключом к оптимизации алгоритмов для работы на многопроцессорных системах различной архитектуры. Для разработки средств использован оригинальный подход с применением теории сетей Петри. Эффективность разработанных средств показана на примере программы моделирования цунами. Практическая значимость ускорения расчетов цунами и сейшевых волн с применением современных моделей заключается в получении возможности проведения широкомасштабного предварительного цунами-районирования с различными сценариями генерации потенциально опасных волн с большой амплитудой. Расчёты возникновения поверхностного возмущения слоя жидкости под воздействием ударных волн в газе могут служить для описания следа от быстролетящего тела над жидкостью. Исследования по улучшению точности расчёта давления в центре ТЦ привели к созданию полностью автоматической технологии обнаружения ТЦ, расчета интенсивности и основных термодинамических параметров по данным спутниковых зондировщиков Земли для ее усвоения в прогнозной модели Росгидромета. Проведено распараллеливание технологии автоматического мониторинга ТЦ с целью ускорения расчета исходных данных в виде доминантных ориентаций термических контрастов для алгоритма поиска центра круговой циркуляции ТЦ. В отличие от существующих в мире технологий особенностью созданного подхода является возможность автоматического прослеживания ТЦ, позволяющая проследить его изменчивость во времени, а также провести оценку его геометрических и динамических параметров. Разработанная технология обработки и визуализации больших объемов пространственных данных, основываясь на современных представлениях об организации параллельно-распределенной обработки и визуализации больших объемов пространственных данных, расширяет возможности применения многопроцессорной обработки данных в тематических приложениях. Реализованы программно-алгоритмические средства визуального анализа синоптических данных и 3D-реконструкции подводной обстановки по видеоинформации.