Простая модель атмосферы E3SM с разрешением облаков (SCREAM) обеспечивает улучшенное разрешение облаков. Здесь результаты модели для вспышки холодного воздуха вблизи Сибири и циклона к югу от Австралии сравниваются с видимыми спутниковыми снимками Himawari-8. Кредит: Ben Hillman/Taylor et al., 2023, https://doi.org/10.1145/3581784.362704
Климатические модели вычисляют огромные объемы информации о климатической системе Земли — от маленьких капелек воды до крупномасштабных погодных условий — для воссоздания прошлого климата или прогнозирования будущего климата. Точное воссоздание того, как энергия Земли (измеряется в ваттах) балансируется между атмосферой, поверхностью суши, океанами и морским льдом, помогает ученым понять, какие факторы вызывают изменения климата, и позволяет нам лучше подготовиться к будущему.
Чтобы управлять широким диапазоном масштабов, эти компьютерные симуляции делят мир на трехмерную сетку ячеек. Современные модели общей циркуляции, имитирующие движение воздуха вокруг планеты, делят атмосферу на сетку горизонтальных квадратов шириной около 1° и около 60 вертикальных уровней. Хотя это разрешение является улучшением по сравнению с более ранними версиями этих моделей, оно все еще достаточно низкое, чтобы учитывать большую неопределенность.
Глобальные модели разрешения штормов (GSRM) — это новый тип климатической модели с более высоким разрешением. С квадратами сетки размером всего 5 километров в поперечнике эти типы моделей могут предоставить больше подробностей и информации о суровых погодных явлениях, таких как тропические циклоны. Но они все еще 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 медленными и дорогими для запуска на традиционном компьютерном оборудовании.
В новом исследовании, опубликованном в Журнале достижений в моделировании земных систем, А. С. Донахью и его коллеги исследовали новую модель GSRM, которая сочетает в себе высокую скорость вычислений с моделированием высокого разрешения: простую модель атмосферы E3SM с разрешением облаков (SCREAM).
Эта модель предназначена для работы на компьютерах exascale, которые могут выполнять более 1018 задач 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 3 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 зафиксировал суточные изменения (изменения в течение дня) в облаках пограничного уровня во все четыре сезона, но с трудом зафиксировал облака среднего уровня, особенно в тропиках. Хотя SCREAM все еще находится на стадии разработки, он предоставит исследователям более быстрый способ выполнения моделирования климата с высоким разрешением.
Дополнительная информация: A. S. Donahue et al, To Exascale and Beyond — The Simple Cloud‐Resolving E3SM Atmosphere Model (SCREAM), a Performance Portable Global Atmosphere Model for Cloud‐Resolving Scales, Journal of Advances in Modeling Earth Systems (2024). DOI: 10.1029/2024MS004314
Предоставлено Американским геофизическим союзом
