Сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли создали компьютерную модель глобальных климатических трансформаций. Для этого потребовалось обработать эти миллионов наблюдений, накопленных за двадцать шесть лет мониторинга. Совокупный количество записей превысил сто терабайт. Новую модель уже охарактеризовали как самую правильную и революционную.
Предпринятая в Беркли инициатива по моделированию климата – далеко не первая. Его глобальные трансформации рассчитывались на NEC Earth Simulator первого и второго поколения, вторых суперкомпьютерах, а также в рамках проектов распределённых вычислений. Но как раз модель Беркли вобрала в себя громаднейший количество фактических наблюдений.
Суперкомпьютер Cray XE6 вычислительного центра NERSC. Имя Hopper он взял в честь Грейс Хоппер – математика, автора и программиста первого в мире компилятора (фото: nersc.gov).
Начальник изучения Майкл Венер (Michael Wehner) уверен в том, что она даёт качественный скачок в возможности и нашем понимании климата прогнозировать его динамику – как в кратковременной, так и в долговременной возможности. “Образно говоря, я ожидал создания столь правильной модели всю собственную карьеру”, – комментирует он на сайте лаборатории.
Моделирование выполняется на суперкомпьютере CRAY XE-6 с применением 7680 процессоров. Исходные значения были взяты по итогам обработки данных климатического мониторинга на разных высокопроизводительных совокупностях, установленных в Национальном исследовательском центре Министерства энергетики США во время с 1979 по 2005 годы.
Моделирование атмосферных явлений согласно данным за октябрь 1979 г. (изображение: LBNL).
Все климатические расчёты выполняются с тремя уровнями приближения. Они отличаются площадью земной поверхности, для которой усредняется большая часть параметров: почасовая и средняя за сутки температура, давление, относительная влажность, скорость перемещения воздуха и другие.
Глобальные процессы (такие, как перемещение антициклонов и циклонов, таяние ледников, изменение среднегодового количества осадков) рассчитываются по самая грубой модели. В ней вся поверхность земного шара делится на участки площадью двести квадратных километров. Этого хватит для стремительной визуализации неспециализированной картины. По ней возможно отследить темперамент преображения планеты за четверть века и спрогнозировать его предстоящие трансформации через пара лет либо кроме того столетий.
При среднем уровне детализации поверхность Почвы разбивается уже на меньшие квадраты со стороной десять километров. Такая модель правильнее демонстрирует формирование ураганов и разрешает угадать направление их перемещения. Кроме этого она оправдана для вычисления длительности разных атмосферных выявления и явлений статистических корреляций.
Замечаемые среднегодовые значения осадков (слева вверху) и их предсказание по трём климатическим моделям (изображение: Michael F. Wehner et al.).
Последнее особенно полезно, потому, что без адекватного математического инструмента климатология делается сборником техногенных страшилок, в котором так нужную для лоббирования удачного закона.
Опыт говорит, что организовать публичное вывод об экологической обстановке весьма легко. Из-за изюминок мышления люди довольно часто переоценивают человеческое влияние на глобальные трансформации климата. К примеру, к выбросу в воздух главного количества загрязняющих веществ приводит лесные пожары и вулканическая активность.
Мировая индустрия также вносит собственную лепту, но приблизительно в три раза меньшую. Легко большая часть из нас живёт далеко от вулканов, а их извержения видели лишь на экране. Но мимо дымящих труб фабрик мы проходим практически ежедневно и подолгу стоим в душных автомобильных пробках. Из этого и завышенная оценка индустриального вклада в парниковый состава эффект и изменение воздуха.
Замечаемое и расчётное количество осадков за пять дней в разных регионах (изображение: LBNL).
Подобным образом формируется и вывод о разрушении озонового слоя определённой группой газов, каковые поспешили исключить из бытовой химии и производственных процессов на основании лабораторных опытов. Сделали это без учёта того факта, что все эти вещества разрушают озон в основном в тропосфере, где он именно играется пагубную роль для всего живого. Стратосферу, в которой озон делает экранирующую функцию и защищает нас от твёрдого ультрафиолета, эти газы не достигают в значимых количествах.
Расширенный статистический анализ – только замечательная вещь. При адекватных вводных он окажет помощь не только развеять мифы, но и решить непростые научные неприятности климатологии. К ним относится прогнозирование трансформаций в соотношении суши и мирового океана, процесса преобразования береговых линий, неспециализированные трансформации сезонной температуры за долгий период и многие другие.
Сравнение фактических и расчётных значений сезонной нормы осадков зимний период (слева) и летом (изображение: Michael Wehner / Berkeley Lab).
Эти вопросы появились не из праздного любопытства, а из насущной необходимости планировать застройку, развитие инфраструктуры, лесного и сельского хозяйства. Несложнее говоря, никто не захочет приобрести дом с видом на море, что смоет через десятилетие, либо устраивать лыжный курорт в том месте, где снега из года в год всё меньше. На глобальном уровне обстановка ещё важнее: под водой могут быть целые города, а кое-какие острова провалятся сквозь землю вовсе. Одни почвы окажутся негодны для возделывания из-за продолжительных заморозков, а приятеле непригодны для постройки из-за подъёма грунтовых вод. Все эти трансформации не нанесут ощутимого ущерба лишь в том случае, если мы сможем угадать их заблаговременно.
Верховный уровень детализации модели предусматривает сглаживание значений лишь в пределах фрагментов площадью двадцать пять квадратных километров. Такая точность требуется для участков со множеством разновысотных пограничных зон и отметок. К примеру, для прибрежной зоны и горной местности.
Сравнение разрешения 200 и 25 кв. км. (изображение: newscenter.lbl.gov).
Следующий качественный скачок в развитии климатологии Майкл Венер связывает с изучением трансформации облаков и процесса образования различных типов, и с достижением разрешения в один квадратный километр.
Правильное моделирование оказывает помощь количественно выразить антропогенный вклад уже на данный момент, но развеять господствующие убеждения будет тяжело кроме того с таким математическим инструментом. Не смотря на то, что современная компьютерная модель и выбивает землю из-под ног недобросовестных исследователей, они постоянно могут отыскать приверженцев за счёт эмоциональных выступлений, не требующих подтверждения на языке цифр.