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日地空间中的空间天气直接影响到国防、航天、经济建设和人类生活的安全,因此对空间天气的监测、研究和预报意义重大。通过对监测获取的海量日地空间信息进行高效的处理和分析,最终实现对空间天气的准确预报,是当今空间科学应用研究的热点之一。本文在研究分析了美国最新提出的科学计算通用组件体系结构规范CCA (Common Component Architecture),以及面向服务模式、高性能计算和分布式计算等相关理论和技术的基础上,提出了一个空间信息分布式协同高性能计算框架DCHF-SI (Distributed Collaborative High-performance Computing Framework for Spatial Information)。DCHF-SI集物理模型组件化封装、模拟应用的构建和管理、模型互操作、协同计算、分布式容错、和计算驾驭可视化等服务于一体,能够通过互联网构建基于对等组件和面向服务方式的多物理松耦合模拟系统,支持空间信息的分布式协同高性能计算,最终为空间天气预报服务系统提供支持。本文研究成果包括:(1)提出了DCHF-SI体系结构。设计了基于CCA规范的体系结构分层模型DCHF-SI-LM、CCA规范扩展、组件化封装模式、科学组件统一描述/发现/集成协议SC-UDDI、以及DCHF-SI的运行机制。(2)提出并验证了耦合交互基础框架的实现方案。在CCA规范的基础上,设计了框架引导驱动、构建器、和耦合交互机制三个核心部分的实现策略。重点研究提炼出了一个并行耦合交互模型PCIM,提出了一种耦合交互机制PRMI++,并获得了较好的测试结果。(3)深入研究了核心的框架服务组件。设计了分布式并行环境的设置检查点和回滚恢复策略DPCRR,以及基于该策略的分布式容错服务组件DSFT;设计了提供实时可视化服务的远程并行可视化组件PRView;设计了提供计算驾驭服务的分布式计算驾驭组件DCSteering。为今后进一步深入研究奠定理论基础。(4)设计并构建了一个跨平台的图形化用户界面原型DHCF-SI-GUI。封装了框架底层复杂性,使得用户通过鼠标点击拖拉即可组装、管理、驾驭应用。基于该原型,设计实现了一个日冕物质抛射CME模型的实时在线三维可视化。