局所細分化格子ボルツマン法による都市部を対象とした局所風況解析のアンサンブル計算に向けた省メモリ実装

Reducing memory usage towards ensemble simulation of local urban wind analysis using locally mesh-refined lattice Boltzmann method

長谷川 雄太   ; 小野寺 直幸   ; 井戸村 泰宏   

Hasegawa, Yuta; Onodera, Naoyuki; Idomura, Yasuhiro

建造物が密集する都市部における汚染物質拡散予測を実現するため、GPUで高速に計算できる格子ボルツマン法に基づく風況解析コードCityLBMの開発を行っている。本発表では、CityLBMコードの省メモリ実装として、MPIバッファサイズの最適化、および建物内部や起伏のある地形の地下領域の格子をメモリ確保しないことによる格子点数の削減を行った。また、アンサンブル計算を行うため、MPIコミュニケータを分割し、1つのmpirunで全てのアンサンブルメンバーを管理するコードを実装した。本コードにてオクラホマシティでの野外トレーサー拡散実験を対象としたアンサンブル計算を行い、1ケースの計算では実験値と一致しなかった計算結果が、アンサンブル計算のばらつきの範囲で一致することを確認した。これにより、アンサンブル計算によって汚染物質拡散予測解析の信頼性を向上できることを示した。

Towards the plume dissipation prediction simulation in urban area with dense buildings, we are developing the urban wind simulation code CityLBM based on a lattice Boltzmann method with GPU computing. In this work, we develop memory reduction implementations for CityLBM code by optimizing the size of MPI buffer, and by removing calculation grids inside the buildings or the underground of undulating terrain. We also implement an ensemble simulation based on MPI communicator splitting, which manages all ensemble members by single mpirun execution. The ensemble simulation for the field tracer dissipation experiment in Oklahoma-city was performed, and it is confirmed that the results of ensemble simulation agreed with the experimental result, while a single simulation could not reproduce the experiment. These results showed that the ensemble simulation improves the reliability of plume dissipation prediction simulations.