随着数值天气预报模式分辨率不断提升,计算量随之迅速增长,对超级计算机的计算性能需求也随之上升。而传统的CPU处理器架构由于摩尔定律的限制,计算性能的增长陷入瓶颈,针对这一问题的解决办法之一是使用新型架构的MIC众核处理器,这种架构也越来越多地应用于新型超级计算机中。本文针对这一背景,开展了全球数值天气预报谱模式在CPU+MIC混合异构平台上的并行算法研究。本文主要研究工作为以下两方面的内容。(1)根据混合异构平台的硬件特点,CPU与MIC之间可以组合成五种关系,从应用模式的角度,可以分为三种模式:CPU为中心的模式、MIC为中心的模式和对等模式。为确定谱模式在CPU+MIC体系结构下的并行计算模型,对CPU+MIC三种应用模式分别进行分析、测试和研究。结果表明,以MIC为中心的模式和对等模式,在计算性能、多节点扩展、通信开销等方面存在很多问题,不适合应用于数值天气预报领域。而通过分析可知,以CPU为中心的offload模式用用方式灵活、可调控性强,适合复杂软件在异构平台上运行。再根据谱模式的架构特点,确定了CPU上使用MPI/OpenMP,MIC上使用offload+OpenMP的并行编程模型。(2)确定了并行编程模型后,开展基于offload方式的谱模式并行计算研究。对谱模式的算法进行并行分析和设计,解决复杂软件在异构平台上实现过程中产生的一系列问题,并最终实现谱模式在异构平台上的并行计算。针对程序和硬件架构特点,采用几种并行优化技术,将不同优化版本的效果进行对比,并获得最优并行版本。本文通过分析和测试确定了谱模式在异构平台上的并行编程模型,解决了该模型下的工程难题,并对该模型进行了多重优化。为更高分辨率的气象软件在多节点异构平台上的应用奠定了基础。