Льды Арктики исчезнут к середине XXII века

Москва, 27 октября 2004 года

Кластер, установленный в ИВМ РАН примерно год назад, обладает пиковой производительностью около 80 гигафлопс (миллиардов операций с плавающей запятой в секунду) и состоит из восьми 2-процессорных вычислительных узлов rx2600 производства Hewlett-Packard на базе процессора Intel Itanium 2 с тактовой частотой 1,3 ГГц. Каждый узел располагает оперативной памятью емкостью 2 ГБ и дисковой подсистемой емкостью 36 ГБ. В качестве интерконнекта используется технология Myrinet2000. Системным интегратором проекта выступила компания I-Teco.

Расчеты изменений климата, осуществленные в рамках данного проекта, проводились со «скоростью» 10 лет модельного времени за сутки реального времени. Атмосферный блок модели имел разрешение 5×4 градуса по долготе и широте и 21 уровень по вертикали, в океане разрешение составило 2,5×2 градуса и 33 уровня по вертикали. Для воспроизведения климата XIX...XX столетий и моделирования климата XXI...XXII столетий задавался временной ход концентрации парниковых газов (углекислого газа, метана, закиси азота), вулканического и антропогенного аэрозоля, солнечного излучения, наблюдавшихся до сих пор, а также прогноз изменения концентрации радиационно-активных газов согласно сценарию SRES A1. При этом учитывалось, что содержание углекислого газа к 2100 году должно вырасти примерно вдвое по сравнению с 2000 годом, а в течение XXII века концентрация СО₂ и остальных газов считается постоянной.

Расчет динамики изменения температуры приповерхностного воздуха за последние 130 лет показал, что модель достаточно точно воспроизводит как абсолютную величину наблюдаемого потепления за этот период (0,6...0,7 градуса), так и некоторые особенности временного хода – например, замедление потепления в 1950...1970 годах. Таким образом, была проведена своего рода проверка модели ИВМ РАН на точность расчетов заданных показателей.

Рис. 1. Изменение среднегодовой температуры приповерхностного воздуха на Земле по данным модели ИВМ РАН. Черная линия – моделирование климата в XIX – XX столетиях, красная линия – прогноз на XXI – XXII века согласно сценарию А1 изменения содержания парниковых газов и аэрозолей

Как видно из графика, представленного на рис. 1 и демонстрирующего результаты расчетов, проведенных в ИВМ РАН, потепление в конце XXII столетия, по сравнению с концом XX века, превысит 3 градуса. Повышение температуры продолжится и после 2100 года вследствие термической инерции океана, хотя, согласно сценарию, концентрации всех газов будут неизменны.

Географическое распределение изменения температуры во второй половине XXII столетия, по сравнению со второй половиной XX века (рис. 2), показывает, что максимальное потепление – на 10 градусов – произойдет в Арктике. Спустя менее чем 200 лет вблизи Северного полюса Земли практически исчезнут многолетние льды – они будут образовываться там только зимой и полностью таять летом. Значительно повысится температура в умеренных широтах континентов северного полушария (на 4...6 градусов); меньше всего воздух потеплеет над океанами в южном полушарии (на 2...3 градуса).

Рис. 2. Географическое распределение изменения температуры в 2151...2200 гг. по сравнению с 1951...2000 г.г. по данным модели

«В РФ изучением изменения климата в зависимости от различных факторов занимаются подведомственные институты Росгидромета и Российской академии наук. Но совместная математическая модель общей циркуляции атмосферы и глубокого океана создана в нашей стране только в Институте вычислительной математики РАН, – подчеркнул директор ИВМ РАН академик Валентин Павлович Дымников. – Наша модель, без преувеличения, является уникальной для России, а по некоторым характеристикам – например, по чувствительности – превосходит зарубежные модели. Разумеется, на Западе подобные расчеты также проводятся, причем зарубежные коллеги располагают куда более мощными вычислительными ресурсами. Однако то, что наши специалисты не могут сделать в силу отсутствия колоссальных выделенных вычислительных ресурсов, требуемых для расчетов подобного рода, мы компенсируем математическими алгоритмами».

Основными критериями выбора архитектуры Intel Itanium 2 для вычислительной платформы с целью проведения масштабных исследований глобальных климатических изменений специалисты ИВМ РАН называют следующие:

• архитектура Intel Itanium 2 с максимальной эффективностью позволяет реализовать потенциал вычислительных моделей ИВМ РАН;
• сотрудники ИВМ РАН имеют более чем годовой положительный опыт расчетов на платформе Intel Itanium 2;
• совместная работа сотрудников ИВМ РАН и Intel, в том числе из подразделения Software System Group (SSG) нижегородского Центра исследований и разработок Intel, позволила оптимизировать расчетную модель ИВМ РАН и значительно уменьшить время вычислений. Как показали сравнительные исследования, расчет математической модели циркуляции атмосферы и океана на однопроцессорной системе на базе процессора Intel Itanium 2 с тактовой частотой 1,3 ГГц осуществляется в 1,7 раза быстрее, чем на вычислительной RISC-системе MBC-1000М, установленной в Межведомственном суперкомпьютерном центре, в расчете на один процессор.

«Наличие собственного многопроцессорного вычислительного комплекса для решения задач моделирования климата и окружающей среды совершенно необходимо, – убежден В.П. Дымников. – Наш институт участвует во многих международных программах по исследованию климата системы «атмосфера-океан-биосфера» с помощью математических моделей и в связи с этим имеет многочисленные международные обязательства. Расчеты на системе МВС 1000М Межведомственного суперкомпьютерного центра в режиме удаленного доступа «в очередь» с другими пользователями возможны, но затрудняют разработку и отладку более совершенных версий математических моделей, которые требуют многодневного или даже многомесячного непрерывного вычислительного процесса. Скажем, задачу, результаты которой мы представляем сегодня, наш кластер непрерывно считал на протяжении всего лета... Нашему институту необходима своя собственная вычислительная система, обладающая мощностью современного суперкомпьютера. Установленный в ИВМ РАН кластер на базе процессора Intel Itanium 2 полностью удовлетворяет нашим требованиям. Этот кластер позволит нам значительно сократить время, затрачиваемое на вычислительные эксперименты, и решать более сложные задачи».

«Современная наука немыслима без высокопроизводительных вычислительных систем, позволяющих реализовывать математические модели и получать расчетные результаты, максимально приближенные к реальным, – заявил вице-президент, генеральный управляющий бизнесом Intel в регионе EMEA Кристиан Моралес. – Платформа Intel Itanium 2 зарекомендовала себя как оптимальная вычислительная база для решения многих задач, в том числе научных. Коммерческие компании, научные и правительственные структуры инвестируют в системы на базе процессора Intel Itanium 2, обеспечивающие максимальную окупаемость инвестиций в информационные технологии и обладающие выдающимся уровнем производительности, недостижимым для существующих RISC-систем».

«Платформа Intel Itanium 2 перестала быть экзотикой и прочно вошла во все сферы, где требуются высокопроизводительные расчеты, – отметил Вячеслав Елагин, директор Центра компетенции по передовым серверным платформам Intel, открытого на базе компании i-Teco около 3 лет назад совместно с Intel и Hewlett-Packard. – Нынешние исследования ИВМ РАН – один из многих примеров того, что архитектура Intel Itanium 2 не просто активно внедряется в России, но и уже приносит весьма ощутимые плоды».

ИВМ РАН – уникальная научно-исследовательская организация, выполняющая фундаментальные и прикладные задачи междисциплинарного характера. В институте работают 27 докторов наук (из них 5 академиков и 1 член-корреспондент РАН) и свыше 30 кандидатов наук. Институт активно сотрудничает с ведущими научными учреждениями России и зарубежных стран, а также участвует в престижных международных научных программах.

Главной особенностью постановки и проведения научных разработок в институте является синтез математических и физических исследований. Решение фундаментальных научных проблем осуществляется совместными усилиями ведущих учёных в таких областях, как вычислительная математика, физика атмосферы и океана, математическое моделирование в иммунологии и медицине и др. Деятельность института обеспечивает поддержание отечественной науки в области математического моделирования процессов на самом высоком мировом уровне. Модели, созданные учеными института, используются, в том числе, при принятии ответственных решений общенационального значения в интересах экономического развития России.

Согласно планам ИВМ РАН и Intel, в самом ближайшем будущем институтский кластер будет расширен вдвое, что даст возможность, в том числе, произвести расчеты изменения климата в XXI – XXII столетиях согласно другим сценариям.

Дата публикации:

1 ноября 2004 года