Я КРИЧУ*, вы КРИЧИТЕ, мы все КРИЧИМ о более быстром моделировании климата.

Климатические модели вычисляют огромные объёмы информации о климатической системе Земли — от небольших капель воды до крупномасштабных погодных условий — для воссоздания прошлого климата или прогнозирования климата будущего. Точное воссоздание того, как энергия Земли (измеряемая в ваттах) сбалансирована между атмосферой, поверхностью суши, океанами и морским льдом, помогает учёным понять, какие факторы вызывают изменения климата, и позволяет лучше подготовиться к будущему.

Чтобы управлять широким диапазоном масштабов, эти компьютерные расчёты делят мир на трёхмерную сетку ячеек. Современные модели общей циркуляции, имитирующие движение воздуха вокруг планеты, делят атмосферу с сеткой горизонтальных квадратов примерно 1° по горизонтали и около 60 вертикальных уровней. Хотя это разрешение является улучшением по сравнению с более ранними версиями этих моделей, оно всё ещё достаточно низкое, что вызывает значительную неопределённость.

Глобальные модели разрешения штормов (global storm-resolving models, GSRM) — это новый тип климатической модели с более высоким разрешением. С квадратами сетки размером всего пять километров в поперечнике эти типы моделей могут предоставить больше подробностей и информации о суровых погодных явлениях, таких как тропические циклоны. Но они всё ещё испытывают трудности с разрешением деталей свойств облаков (особенно близко к поверхности Земли) и вертикального перемещения атмосферного тепла и влаги. Кроме того, их уровень детализации делает эти модели и медленными, и дорогими для запуска на традиционном компьютерном оборудовании.

Простая модель атмосферы E3SM с разрешением облаков (SCREAM) предлагает улучшенное разрешение облаков. Здесь результаты модели для события вспышки холодного воздуха около Сибири и циклона к югу от Австралии сравниваются с видимыми спутниковыми снимками Himawari-8.

Донахью и др. (Donahue et al.) обсуждают новую GSRM, сочетающую высокую скорость вычислений с моделированием высокого разрешения: простую модель атмосферы E3SM для разрешения облаков (SCREAM). Эта модель предназначена для работы на экзафлопсных компьютерах, которые могут выполнять более 1018 операций умножения или сложения в секунду — производительность, которая в настоящее время возможна только на двух самых быстрых компьютерах в мире. После пяти лет разработки авторы исследования провели четыре 40-дневных моделирования каждого сезона на сетке с разрешением три километра в этой новой модели и сравнили свои результаты со спутниковыми и наземными данными.

Эта первая итерация SCREAM воссоздала глобальный энергетический баланс с точностью до 1,2 Вт на квадратный метр, а также струи средних широт и атмосферные реки, ответственные за перенос влаги на полюсах. SCREAM также зафиксировала изменения в течение дня в облаках пограничного уровня во все четыре сезона, но испытывала трудности с охватом облаков среднего уровня, особенно в тропиках. Хотя SCREAM всё ещё находится на стадии разработки, она предоставит исследователям более быстрый способ выполнения моделирования климата с высоким разрешением. (Journal of Advances in Modeling Earth Systems (JAMES), https://doi.org/10.1029/2024MS004314, 2024)

* Обыгрывается значение англоязычного слова scream, использованного в качестве аббревиатуры модели.

 

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/modeling-earth-systems-at-a-quintillion-calculations-per-second