Численные прогноз погоды, моделирование климата и система Земля для мезо-γ- и микро-α-масштабных процессов на экзафлопсных суперкомпьютерахтезисы доклада
Аннотация:Численный прогноз погоды (ЧПП) появился только в 20-м веке. Основные вехи развития ЧПП следующие: 1904 г. - меморандум о применении законов механики и физики для прогноза погоды (V. Bjerknes); 1922 г. - первый неудачный ЧПП (L. F. Richardson); 1940 г. - первый удачный ЧПП (И.А. Кибель); 1945 г. – предложение использовать компьютер в метеорологии (V. Zworykin - «отец телевидения», J. von Neuman - «отец компьютеров»); 1950 г. - первое применение ЭВМ для ЧПП (J. G. Charney, R. Fjoertoft, J. von Neuman); 1955 г. - первый в мире оперативный ЧПП (Швеция), 1956 г. – первый численный эксперимент с двухуровенной квазигеострофической моделью общей циркуляции атмосферы как основы численного моделирования климата (ЧМК, N.A. Phillips); 1964 г. – метод расщепления для сведения решения сложной нелинейной системы дифференциальных уравнений ЧПП с помощью неявных схем (Г.И. Марчук); 1966 г. - первый метеорологический спутник Космос-122 (СССР); 1982 г. – полунеявный метод как дальнейшее развитие идей Г.И. Марчука (A. Robert) и было бы правильно называть его методом Марчука-Робера. Отмечу, что в настоящее время практически во всех моделях ЧПП и ЧМК используется метод расщепления.В 21-м веке резко ускорилось развитие систем оперативного ЧПП и ЧМК. В 2015 г. была опубликована обзорная статья (Bauer P., Thorpe A., Brunet G. The quiet revolution of numerical weather prediction // Nature, 2015, Volume 525, Issue 7567, 02 Sept., p. 47 – 55, doi 10.1038/nature14956) с удачным названием «Тихая революция в ЧПП», чтобы привлечь внимание научной общественности к значительным изменениям, происходящим в последнее время в ЧПП. В настоящее время революционные процессы в детализации ЧПП и ЧМК усиливаются, но они по-прежнему не очень хорошо известны широкому обществу.Цель доклада – дать информацию о значительном продвижении в последние годы численного моделирования на основе детализированных бесшовных негидростатических моделей ЧПП и ЧМК и планах подготовки на их основе численной системы Земля высокой детализации с шагами сетки 1 км и менее для описания атмосферных мезо-γ- и микро-α-масштабных процессов, соответственно, из интервалов 20 км - 2км и 2 км - 200 м по классической классификации I. Orlansky (1975 г.). Предполагается обсудить как уже работающие оперативные системы ЧПП с совместными моделями атмосферы, океана и деятельного слоя суши (IFS ECMWF, UM Великобритании), так и подготавливаемые (Германия и др.), планы подготовки до 2030 г и результаты первых численных экспериментов с различными численными системами Земли на экзафлопсных суперкомпьютерах, а также совершенствование физических (включая радиацию, микрофизические процессы в облаках, учет аэрозолей и их влияния), вычислительных, биологических и химических блоков моделей для ЧПП и ЧМК по материалам публикаций 2020-2023 гг и численных экспериментов с конфигурациями ICON-Ru в Гидрометцентре России.Работа выполнена в рамках Научно-исследовательской работы Росгидромета АААА-А20-120021490079-3. Анализ работ по развитию физического (в частности, радиационного) блока моделей проведен при поддержке Министерства образования и науки РФ, мегагрант № 075-15-2021-574 в рамках научно-образовательной школы МГУ «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды».
