高性能计算(HPC)通常是使用一定数量的处理器或通过网络管理集群中的若干台计算机这样的环境来对问题进行计算。并行计算是解决高性能计算问题的其中一种方式,它能让多条指令同时进行,可分为时间并行和空间并行。目前,高性能并行计算是物理、生物、化学等领域重要的研究手段之一,如今已有越来越多的领域开始借助高性能并行计算技术来解决科学研究中的实际问题,如在空间科学中广泛应用的数值模拟方法。研究人员使用一维、二维以及三维的数值模拟程序进行科研并取得了丰富的成果。如今随着科研的发展,这些模拟方法越来越需要更加精确的计算,这对计算机性能的要求非常高。基于这个原因使得采用并行计算来进行数值模拟成为了目前研究的一个热点。本文围绕高性能并行计算展开研究。首先从数值模拟的发展背景出发,介绍了高性能并行计算在空间科学中的应用与发展现状;然后,介绍了本文采用的数值模拟方法,描述了该方法的物理模型及其原理,并实现了该方法的串行程序,介绍了程序流程以及基本结构;接着分别利用基于GPU与MPI的并行计算方法对混合模拟程序进行了相应优化,并针对程序优化后的计算性能进行测试。研究结果表明,在空间数值模拟中使用GPU或者大规模集群进行并行计算相较于使用单个CPU计算有显著的性能提升效果,并且性价比更高。最后使用优化后的混合模拟程序进行了腔离子密度对月球尾流静电激波形成影响的分析研究,模拟了月球尾流中密度结构的演变和静电激波的形成,发现初始空腔离子密度在等离子体填充月球尾流过程中对密度结构/静电激波的演化起着至关重要的作用,不仅展示了自主开发的混合模拟程序在科学研究中的实际应用,并通过与理论相符合的实验结果证明了程序的正确性与可靠性。