13.11.2014

На суперкомпьютере в Беркли запущена климатическая модель

Сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли создали компьютерную модель глобальных климатических изменений. Для этого потребовалось обработать данные миллионов наблюдений, накопленных за двадцать шесть лет мониторинга. Совокупный объём записей превысил сто терабайт. Новую модель уже охарактеризовали как самую точную и революционную.

Предпринятая в Беркли инициатива по моделированию климата – далеко не первая. Его глобальные изменения рассчитывались на NEC Earth Simulator первого и второго поколения, других суперкомпьютерах, а также в рамках проектов распределённых вычислений. Однако именно модель Беркли вобрала в себя наибольший объём фактических наблюдений.

Руководитель исследования Майкл Венер (Michael Wehner) считает, что она даёт качественный скачок в нашем понимании климата и возможности прогнозировать его динамику – как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. «Образно говоря, я ждал создания столь точной модели всю свою карьеру», – комментирует он на сайте лаборатории.

Моделирование выполняется на суперкомпьютере CRAY XE-6 с использованием 7680 процессоров. Исходные значения были получены по результатам обработки данных климатического мониторинга на различных высокопроизводительных системах, установленных в Национальном исследовательском центре Министерства энергетики США в период с 1979 по 2005 годы.

Все климатические расчёты выполняются с тремя уровнями приближения. Они отличаются площадью земной поверхности, для которой усредняется большинство параметров: почасовая и среднесуточная температура, атмосферное давление, относительная влажность, скорость движения воздуха и другие.

Глобальные процессы (такие, как перемещение циклонов и антициклонов, таяние ледников, изменение среднегодового количества осадков) рассчитываются по наиболее грубой модели. В ней вся поверхность земного шара делится на участки площадью двести квадратных километров. Этого достаточно для быстрой визуализации общей картины. По ней можно отследить характер преображения планеты за четверть века и спрогнозировать его дальнейшие изменения через несколько лет или даже веков.

При среднем уровне детализации поверхность Земли разбивается уже на меньшие квадраты со стороной десять километров. Такая модель точнее демонстрирует формирование ураганов и позволяет предсказать направление их движения. Также она оправдана для вычисления продолжительности различных атмосферных явлений и выявления статистических корреляций.

Последнее особенно ценно, поскольку без адекватного математического инструмента климатология становится сборником техногенных страшилок, в котором так просто отыскать нужную для лоббирования выгодного закона.

Практика показывает, что сформировать общественное мнение об экологической ситуации очень просто. Из-за особенностей мышления люди часто переоценивают антропогенное влияние на глобальные изменения климата. Например, к выбросу в атмосферу основного количества загрязняющих веществ приводит вулканическая активность и лесные пожары.

Мировая промышленность тоже вносит свою лепту, но примерно втрое меньшую. Просто большинство из нас живёт вдали от вулканов, а их извержения видели только на экране. Зато мимо дымящих труб заводов мы проходим почти каждый день и подолгу стоим в душных автомобильных пробках. Отсюда и завышенная оценка индустриального вклада в изменение состава воздуха и парниковый эффект.

Подобным образом формируется и мнение о разрушении озонового слоя определённой группой газов, которые поспешили исключить из производственных процессов и бытовой химии на основании лабораторных опытов. Сделали это без учёта того факта, что все эти вещества разрушают озон преимущественно в тропосфере, где он как раз играет пагубную роль для всего живого. Стратосферу, в которой озон выполняет экранирующую функцию и защищает нас от жёсткого ультрафиолета, эти газы не достигают в значимых объёмах.

Расширенный статистический анализ – исключительно мощная вещь. При адекватных вводных он поможет не только развеять мифы, но и решить сложные научные проблемы климатологии. К ним относится прогнозирование изменений в соотношении суши и мирового океана, процесса преобразования береговых линий, общие изменения сезонной температуры за длительный период и многие другие.

Эти вопросы возникли не из праздного любопытства, а из насущной необходимости планировать застройку, развитие инфраструктуры, лесного и сельского хозяйства. Проще говоря, никто не захочет купить дом с видом на море, который смоет через десять лет, или устраивать горнолыжный курорт там, где снега с каждым годом всё меньше. На глобальном уровне ситуация ещё серьёзнее: под водой могут оказаться целые города, а некоторые острова исчезнут вовсе. Одни земли окажутся непригодны для возделывания из-за продолжительных заморозков, а друге малопригодны для строительства из-за подъёма грунтовых вод. Все эти изменения не нанесут ощутимого ущерба только в том случае, если мы сможем предсказать их заранее.

Высший уровень детализации модели предусматривает усреднение значений только в пределах фрагментов площадью двадцать пять квадратных километров. Такая точность требуется для участков со множеством разновысотных отметок и пограничных зон. Например, для горной местности и прибрежной зоны.

Следующий качественный скачок в развитии климатологии Майкл Венер связывает с изучением процесса образования и трансформации облаков разных типов, а также с достижением разрешения в один квадратный километр.

Точное моделирование помогает количественно выразить антропогенный вклад уже сейчас, однако развеять господствующие убеждения будет трудно даже с таким математическим инструментом. Хотя современная компьютерная модель и выбивает почву из-под ног недобросовестных исследователей, они всегда могут найти сторонников за счёт эмоциональных выступлений, не требующих подтверждения на языке цифр.

Андрей Васильков

Источники:

1. computerra.ru