Исследователи применяют метод суперпараметризации для повышения точности и эффективности климатических прогнозов, полученных с помощью современной версии модели земной системы проекта E3SM (Energy Exascale Earth System Model), предназначенного для высокопроизводительного моделирования климатических процессов, критических для энергетического сектора экономики.

Моделирование климатической системы Земли - сложная вычислительная задача. Прогнозирование будущего климата с максимально возможной точностью означает моделирование процессов в атмосфере, океане и на поверхности суши в масштабах от микроскопических до глобальных и охватывающих временные интервалы от микросекунд до десятилетий. Такой подход остаётся невозможным из-за его существенных вычислительных затрат.

Ханна и соавторы (Hannah et al.) представили альтернативную стратегию, работающую в рамках современных вычислительных практических возможностей, для улучшения климатических прогнозов, генерируемых энергетической моделью земной системы для суперкомпьютеров экзафлопсного уровня.

В новом подходе используется метод, называемый суперпараметризацией, при котором вторая модель, в данном случае описывающая формирование и динамику облаков, встроена в основную модель климата. Встроенная облачная модель обеспечивает основную модель прогнозами атрибутов и поведения облаков, являющимися более точными, чем те, которые достигаются с помощью обычных параметризаций облаков, используемых в климатических моделях.

Новая суперпараметрическая модель превосходит стандартную по некоторым показателям, например, в правильном воссоздании ежедневного времени пиковых осадков и в представлении тропических волн - атмосферных особенностей, связанных с штормами. Эти результаты соответствуют улучшениям, наблюдаемым в других суперпараметрических моделях.

Новая суперпараметрическая модель также работает очень быстро, воспроизводя около 1,2–1,4 года модельных лет за день вычислений, по сравнению с примерно 0,2 модельными годами за день вычислений в аналогичных суперпараметрических моделях. (Однако новая суперпараметрическая модель по-прежнему медленнее, чем стандартная, способная воспроизводить 5–7 модельных лет за день расчётов.) Исследователи достигли этого ускорения в значительной степени путем реструктуризации кода модели для работы на мощном вычислительном оборудовании, использующем графические процессоры Министерства энергетики США.

Несмотря на улучшения, новая суперпараметрическая модель страдает от до сих пор сохраняющейся проблемы, известной как «грид импринтинг» («отпечаток сетки»), вносящей ошибки в результаты расчётов осадков. Исследователи отметили, что они находятся в процессе решения этой проблемы посредством уточнения новой модели.

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/pushing-the-computational-limits-of-climate-simulation