Учени създадоха цифрово копие на Земята с разделителна способност 1 км

Учени от института „Макс Планк“ са създали първия климатичен модел с разделителна способност 1,25 км, който съчетава прогнозирането на времето и моделирането на климата в една система. Използвайки 20 480 суперчипа Nvidia GH200 на суперкомпютрите JUPITER и Alps, изследователите са успели да изчислят почти един трилион параметри и да симулират 145 дни климат за един ден. Тази работа бе наречена „свещеният граал“ на климатичното моделиране и важна стъпка към създаването на по-точни и подробни прогнози за глобалните промени.

Новият модел обхваща цялата повърхност на Земята, разделена на 336 милиона земни и морски клетки, всяка с площ 1,25 km², и същия брой „атмосферни“ клетки над тях. Това прави общо 672 милиона изчислителни клетки, всяка от които участва в сложни изчисления, отразяващи ключовите процеси в атмосферата, океаните и биосферата.

Изследователите са разделили системите на „бързи“ и „бавни. Бързите процеси по същество са метеорологичните: енергийният баланс, водният цикъл и атмосферните явления, които изискват висока степен на детайлност. За тях е използван нехидростатичният модел ICON, разработен от Германската метеорологична служба и Института по метеорология на обществото „Макс Планк“. Бавните процеси включват въглеродния цикъл, промените в биосферата и геохимията на океана, които се развиват в продължение на години или десетилетия.

Комбинирането на тези два вида процеси с разделителна способност от 1,25 км е истински пробив.

Постигането на подобно ниво на детайлност стана възможно благодарение на комбинацията от най-модерно софтуерно инженерство и високопроизводителни компютри. Първоначалният модел беше написан на Fortran и имаше много остарели функции, които затрудняваха адаптирането му към съвременните архитектури. За да се оптимизира, беше приложена фреймуърка Data-Centric Parallel Programming (DaCe), която позволява ефективното използване на данните на съвременните суперкомпютри.

Суперкомпютрите JUPITER и Alps в Германия и Швейцария, базирани на чиповете GH200 Grace Hopper на Nvidia, изиграха важна роля в изчислителната инфраструктура. Тези системи използваха графични процесори за „бързите“ процеси и процесори ARM Grace за „бавните“ процеси, за да осигурят възможност за паралелни симулации.

С помощта на 20 480 суперчипа GH200 бяха моделирани 145,7 дни в рамките на един изчислителен ден. Моделът е работил с почти един трилион „степени на свобода“ – стойност, която отразява броя на изчисляваните стойности.

Моделът изисква изключително мощна инфраструктура и най-съвременни суперкомпютри, така че подобно моделиране все още не може да се прилага в местните метеорологични станции и в обикновените институции. Въпреки това изследването показва, че интегрирането на метеорологичните и климатичните процеси на детайлно ниво е възможно. Това е едно съвсем ново и полезно достижение в областта на метеорологията, което може осезателно да увеличи точността на прогнозите.