СОЗДАНА ЦИФРОВАЯ МОДЕЛЬ ЗЕМЛИ С РАЗРЕШЕНИЕМ 1 КИЛОМЕТР
Совсем недавно группа ученых, возглавляемая Даниэлем Клоке из Института Макса Планка в Германии, представила прорывную работу, описывающую новую модель Земли, которая сочетает в себе прогнозирование погоды и климатическое моделирование с разрешением почти в километр. Эта работа стала долгожданным достижением для научного сообщества, работавшего над улучшением точности моделей климата и погодных условий.
МОДЕЛЬ С РАЗРЕШЕНИЕМ 1,25 КИЛОМЕТРА
Хотя технически новая модель имеет разрешение 1,25 километра, это не умаляет значимости работы: она охватывает 336 миллионов ячеек на поверхности Земли, а также столько же "атмосферных" ячеек непосредственно над ними. В итоге модель включает 672 миллиона ячеек, для каждой из которых была выполнена серия взаимосвязанных моделей, отражающих основные динамические процессы Земли.
ОТЛИЧИЯ БЫСТРЫХ И МЕДЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Исследователи разделили процессы Earth на две категории: "быстрые" и "медленные". Быстрые процессы включают в себя циклы энергии и воды, что, по сути, означает пространство погоды, в то время как медленные процессы касаются углеродного цикла и изменений в биосфере. Именно сочетание этих двух типов процессов стало настоящим прорывом. Традиционные модели, которые учитывают эти сложные системы, обычно работают на разрешениях более 40 километров.
ИННОВАЦИИ В ПРАКТИКЕ
Как же удалось достичь такого впечатляющего результата? Для этого ученые использовали новые вычислительные технологии и усовершенствовали программный код. Модель была изначально написана на языке Fortran, который проблематично адаптировать к современным вычислительным архитектурам. Для оптимизации кода был выбран каркас Data-Centric Parallel Programming (DaCe), обеспечивающий совместимость с современными системами.
Данные обрабатывались на суперкомпьютерах JUPITER и Alps, которые используют новые чипы GH200 Grace Hopper от Nvidia. Такой подход позволил ученным эффективно разделить задачи между графическими процессорами (GPU) и центральными процессорами (CPU), обеспечивая быструю обработку данных и высокую производительность моделирования.
МАСШТАБНЫЕ ВЫВОДЫ
С помощью 20,480 чипов GH200 команда смогла смоделировать 145,7 дней за один день, используя почти 1 триллион "степеней свободы" для расчета. Однако этот уровень вычислительной мощности вряд ли станет доступным для обычных метеорологических станций, так как такие ресурсы часто сосредоточены в крупных технологических компаниях.
Тем не менее, успех этого исследования демонстрирует, что с помощью современных технологий возможно достичь выдающихся результатов в климатических моделях. Надеемся, что в будущем подобные высокоточные симуляции станут доступными и улучшат наше понимание климатических процессов, влияющих на Землю и её экосистемы.
