GEOS-Chem中TOMAS模块的并行打印问题分析与修复

GEOS-Chem中TOMAS模块的并行打印问题分析与修复

geos-chem GEOS-Chem "Science Codebase" repository. Contains GEOS-Chem science routines, run directory generation scripts, and interface code. This repository is used as a submodule within the GCClassic and GCHP wrappers, as well as in other modeling contexts (external ESMs). 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ge/geos-chem

问题背景

在GEOS-Chem大气化学模型的TOMAS气溶胶模块中，开发团队发现了一个影响并行计算输出的问题。当使用GCHP（GEOS-Chem High Performance）版本运行TOMAS气溶胶模拟时，某些调试信息会在每个计算核心上重复打印，导致输出日志中出现大量冗余信息。

技术细节分析

TOMAS（TwO-Moment Aerosol Sectional）是GEOS-Chem中用于模拟气溶胶微物理过程的重要模块，采用分档方法处理气溶胶粒径分布。在并行计算环境下，GCHP使用MPI进行任务分配，每个计算核心处理模型网格的不同部分。

问题根源在于模块代码中缺少对当前进程是否为根进程（root process）的检查。具体表现为三个关键位置的打印语句：

1. 气溶胶微物理过程计算完成后的状态报告
2. 特定网格点（I=10，J=10）的诊断输出
3. 气溶胶成核过程的相关参数输出

这些打印语句本应只在主进程上执行一次，但由于缺少并行控制，导致所有计算核心都执行了打印操作。

影响范围

该问题主要影响：

• 使用GCHP版本的GEOS-Chem用户
• 运行TOMAS气溶胶模块的模拟
• 特别是使用高分辨率（如C180）配置时更为明显

问题会导致：

1. 日志文件体积不必要地增大
2. 终端输出混乱，难以阅读重要信息
3. 可能轻微影响I/O性能

解决方案

开发团队通过为这些打印语句添加amIRoot检查来解决此问题。amIRoot是GEOS-Chem中的一个逻辑变量，用于标识当前MPI进程是否为根进程。修改后，这些诊断信息将只由根进程输出一次，符合并行计算的常规做法。

最佳实践建议

对于GEOS-Chem开发者：

1. 在编写并行代码时，始终考虑I/O操作的并行控制
2. 对于状态报告和诊断输出，应默认添加根进程检查
3. 使用统一的日志记录机制而非直接打印

对于GEOS-Chem用户：

1. 遇到类似重复输出问题时，可检查是否为已知问题
2. 在高分辨率运行时，注意监控日志文件大小
3. 及时更新到包含修复的版本（14.6.1及以上）

该修复已合并到GEOS-Chem 14.6.1开发分支中，体现了开发团队对代码质量和用户体验的持续改进。

geos-chem GEOS-Chem "Science Codebase" repository. Contains GEOS-Chem science routines, run directory generation scripts, and interface code. This repository is used as a submodule within the GCClassic and GCHP wrappers, as well as in other modeling contexts (external ESMs). 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ge/geos-chem