Потепління клімату - на домашньому комп'ютері • Олександр Сергєєв • Новини науки на "Елементи" • Науки про Землю, Інформаційні технології

Потепління клімату – на домашньому комп'ютері

Проект Climate Change Experiment (рис. З сайту www.bbc.co.uk)

Вчені Оксфордського університету і Британського метеорологічного бюро знову запрошують всіх бажаючих взяти участь в розподіленому обчислювальному проекті по моделюванню глобальних змін клімату. Щоб залучити більше учасників, проект проводиться під егідою мовної корпорації BBC.

14 лютого британська корпорація BBC оголосила про запуск нового, самого масштабного в світі проекту розподілених обчислень, призначеного для вивчення процесів зміни клімату, під назвою Climate Change Experiment. Приєднатися до проекту може кожен охочий. Для цього потрібен персональний комп'ютер з операційною системою Windows 2000 / XP або Linux і підключення до інтернету. Програма працює у фоновому режимі, використовуючи надлишки процесорного часу, і періодично відсилає отримані результати на центральний сервер. Мета проекту – дати найкращий можливий на сьогодні прогноз довгострокових змін клімату. Перші результати проекту будуть оголошені вже в травні, проте весь проект буде працювати набагато довше.

Глобальне потепління

Всього років десять назад ще не було впевненості в тому, що процес глобального потепління клімату взагалі має місце.Скептики залишаються і зараз, але більшість вчених все ж визнають, що середня температура на поверхні Землі збільшується. Найбільш переконливо про це говорять зміни, що відбуваються в Арктиці, де приріст середньорічних температур максимальний.

Розвиток атлантичного циклону, змодельованої програмою climateprediction.net. Між кадрами 12 годин модельного часу

Проте в питанні про природу глобального потепління до консенсусу ще дуже далеко. Значна частина вчених переконана в тому, що потепління має антропогенну природу і пов'язано в першу чергу з викидом в атмосферу так званих парникових газів. Однак багато хто вважає, що цей висновок не має достатніх підстав: так, між зростанням викидів і потеплінням є кореляція, але збіг – це ще не доказ причинного зв'язку.

Щоб розібратися в дійсних причинах потепління клімату, спрогнозувати його розвиток і знайти способи протидії, потрібно вміти моделювати глобальні кліматичні процеси. Скільки-небудь точно передбачити динаміку атмосферних процесів, тобто погоду, можна не більше ніж на кілька діб.Далі не дозволяють просунутися три фактори: недолік даних про поточний стан атмосфери і океану, недостатнє знання процесів, які визначають зміни погоди, а також нестійкості в цих процесах, які накладають фундаментальні обмеження на точність і довгостроковість метеорологічних прогнозів.

прогнозування клімату

Однак моделювання клімату принципово відрізняється від моделювання погоди. В цьому випадку передбачати треба не точні значення, наприклад температури, а, грубо кажучи, межі коридору, в яких вона з високою ймовірністю буде перебувати. Таке завдання помітно простіше, оскільки в більшості випадків можна відмовитися від моделювання динаміки повітряних мас і води і обмежитися умовами балансу речовини і енергії.

Але навіть в такому різко спрощеному вигляді задача все одно залишається дуже складною. Для системи, яка об'єднує атмосферу, гідросферу (включаючи льоди) і біосферу, відомі далеко не всі рівняння переносу речовини і енергії. Багато процесів зовсім не вивчені, а для інших є безліч параметрів, значення яких відомі з низькою точністю.Змінюючи значення цих параметрів, можна отримати сильно розрізняються прогнози зміни клімату.

Щоб вибрати відповідний набір параметрів, потрібно змоделювати розвиток клімату на досить тривалому відрізку часу, для якого є метеорологічні дані, і порівняти отримані результати з спостереженнями. Якщо вони погодяться, значить параметри підібрані вдало, можна продовжити розрахунки і спробувати передбачити майбутню еволюцію клімату, якщо немає – параметризація відкидається. На практиці задовільний згоду моделі з даними контрольного періоду спостерігатиметься при різних наборах параметрів. Так що замість однієї моделі у нас вийде ціле сімейство, і прогноз, як і належить, буде носити імовірнісний характер.

Різних комбінацій параметрів може бути дуже багато. І хоча кліматичні розрахунки набагато простіше метеорологічних, перебір всіх цікавих поєднань вимагає величезної обчислювальної роботи. З таким завданням важко впоратися навіть самим потужним сучасним суперкомп'ютерів. Саме тому британські кліматологи звернулися з проханням до всіх власників персональних комп'ютерів допомогти в цій важливій роботі,безоплатно надавши для кліматичних розрахунків вільні обчислювальні потужності.

Передісторія проекту

Вперше таке звернення прозвучало 12 вересня 2003 року, коли публіці була представлена ​​програма climateprediction.net. Вона встановлювалася в Windows в якості заставки (скрінсейвер) і працювала в періоди тривалого простою комп'ютера. Програма моделювала температуру, тиск, хмарність та обсяг опадів з урахуванням сезонних коливань припливу сонячної енергії, концентрації вуглекислого газу, розподілу масивів суші, снігового покриву, океанських течій.

За перші півтора року в проекті взяли участь 95 тисяч осіб з 150 країн. В сукупності вони надали в розпорядження дослідників близько 8 тисяч років процесорного часу, що дозволило обрахувати більше 60 тисяч кліматичних моделей, що охоплюють разом 2,7 млн ​​років модельного часу. Результати виявилися не надто точними: при різних реалістичних значеннях параметрів величина глобального потепління до середини XXI століття виходила від 2 до 11 градусів. Але все ж істотно, що ні при якому розумному поєднанні параметрів модель не передбачила похолодання.

І все ж великий розкид результатів вказував на те, що використовувана модель містить занадто багато довільних припущень і потребує вдосконалення. Одним з найважливіших удосконалень стало врахування в моделі кругообігу сірки, для якого створено серпні минулого року. Всього ж до листопада минулого року було прораховано вже понад 135 тисяч моделей, що відповідає 6 млн років модельного часу.

Скріншот програми Climate Change Experiment

Новий проект

І ось зараз оголошено про вихід істотно оновленої програми, до розрахунків по якій розробники сподіваються залучити значно більше обчислювальних ресурсів, ніж раніше. Кожен прогін моделі в новому проекті охоплює відрізок в 160 років модельного часу (для порівняння: в першій версії – тільки 45 років). Перша фаза розрахунку відноситься до періоду з 1920-го по 2000 рік. Якщо до кінця цієї фази виходять розумні результати, приблизно схожі на реальний стан клімату, то розрахунок переходить у другу фазу, що охоплює ще 80 модельних років. Якщо ж проміжні результати виявляються неадекватними, модель відкидається і починається новий розрахунок. Розробники планують провести близько 500 тис.прогонів моделі з різними значеннями параметрів.

Основні варіанти відображення поточних результатів розрахунку (зверху вниз, зліва направо): температура, хмарний покрив, атмосферний тиск, опади, температура поверхні океану, викиди сірчаних аерозолів (рис. З сайту bbc.cpdn.org)

Щоб домогтися таких вражаючих результатів, було зроблено два важливих кроки. По-перше, програма тепер працює не в режимі екранної заставки, а в якості фонового процесу. Тобто вона активна весь час, поки на комп'ютері користувача завантажена операційна система. Але щоб не заважати іншим програмам, обчислення виконуються з низьким пріоритетом, використовуючи процесор тільки в ті моменти, коли він простоює. Наприклад, коли користувач набирає текст в MS Word, середнє завантаження процесора не перевищує 10%. Це означає, що інші 90% дістануться програмі моделювання клімату. В цілому виходить куди більше, ніж при роботі тільки в періоди тривалих простоїв, як раніше.

По-друге, вжиті заходи для того, щоб залучити до проекту якомога більше учасників. Для цього до розкручування проекту підключилася корпорація BBC.Формально навіть вважається, що новий проект здійснюється самою BBC за участю Оксфордського університету і Британської метеорологічної служби. Ці зусилля не пропали даром – за неповних дві доби, що минули з моменту оголошення про проект, кількість зареєстрованих учасників перевалило за 35 тисяч. На спеціальній сторінці показано їх розподіл по країнах. До речі, з Росії учасників поки лише трохи більше 50 людина, і було б непогано, якби їх стало більше.

Що ж отримує користувач в обмін на надання своїх обчислювальних ресурсів? Встановлена ​​на комп'ютері програма дозволяє в будь-який момент подивитися поточні результати розрахунку в формі обертового на екрані глобуса. На сайті проекту користувачі можуть спілкуватися в форумі і об'єднуватися в команди, змагаючись у кількості виконаних обчислень. Але головне – це, звичайно, почуття причетності до одного з найбільших в світі обчислювальних експериментів.

Олександр Сергєєв


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: