Ученые Института Макса Планка разработали первую климатическую модель с разрешением в 1,25 км, объединив прогноз погоды и климатическое моделирование в единую систему. Используя 20480 суперчипов Nvidia GH200 на суперкомпьютерах JUPITER и Alps, исследователи смогли рассчитать почти триллион параметров и смоделировать 145 дней климатической динамики за сутки.
И хотя внешне новая климатическая модель не впечатляет, астрономы и метеорологи уже называют достижение немецких физиков и математиков "святым Граалем" климатического моделирования и важным шагом на пути к более точным прогнозам глобальных изменений как Земли, так и других миров, потенциально включая и экзопланеты.
Новая модель охватывает всю поверхность Земли, разделенную на 336 миллионов наземных и морских ячеек по 1,25 кв. км, и такое же количество ячеек в атмосфере. В общей сложности это 672 миллиона расчетных ячеек, каждая из которых участвует в сложных вычислениях, отражающих ключевые процессы в атмосфере, океанах и биосфере.
Исследователи разделили процессы на «быстрые» и «медленные». Быстрые — это погода: энергобаланс, водный цикл и атмосферные явления, требующие высокой детализации. Для их моделирования использовалась негидростатическая модель ICON от Немецкой метеорологической службы и Института метеорологии Общества Макса Планка. Медленные процессы включают углеродный цикл, изменения в биосфере и геохимии океана, которые развиваются годами или десятилетиями.
Достичь такой детализации стало возможно благодаря современной программной инженерии и высокопроизводительным вычислительным системам. Ключевую роль в вычислительной инфраструктуре сыграли суперкомпьютеры, расположенные в Германии и Швейцарии от Nvidia. Графические процессоры обрабатывали "быстрые" процессы, а центральные процессоры — "медленные", обеспечивая параллельное моделирование. Использование множество суперчипов позволило смоделировать 145,7 дней климатической динамики за один день вычислений. Модель оперировала почти триллионом "степеней свободы" — количеством вычисляемых значений. Да, настолько сложно прогнозировать точно погоду — это "теория хаоса" детка.
Стоит отметить, что для работы такой супермодели пока нужна мощная инфраструктура и очень мощные суперкомпьютеры, что пока делает ее недоступной для локальных метеостанций или обычных учреждений. Тем не менее, исследование доказывает, что интеграция погодных и климатических процессов на таком детальном уровне вполне возможна.