Вычислительно-информационные технологии для математического моделирования естественных и антропогенных изменений климата и природной среды презентация

технологии для математического моделирования естественных и антропогенных изменений климата и природной среды

Глазунов)
С. Ткачук, Д. Чечин (5 курс Географического ф-та МГУ,
н.р. – В.М. Степаненко)
М. Шапаев (4 курс факультета ВМиК МГУ, н.р. – В.Н. Лыкосов)

Лыкосов В.Н. – д.ф.-м.н., зав. лаб. (проф. ВМиК МГУ, гл.н.с. ИВМ РАН)
Глазунов А.В. – к.ф.-м.н., с.н.с. (с.н.с. ИВМ РАН)
Корухов С.В. – к.ф.-м.н., с.н.с. (с 1.01.2009)
Мачульская Е.Е. – к.ф.-м.н., н.с. (с.н.с. Гидрометцентра РФ)
Степаненко В.М. – к.ф.-м.н., н.с. (н.с. Географического ф-та МГУ)
Микушин Д.Н. – м.н.с. (аспирант ИВМ РАН, н.р. – В.Н. Лыкосов)
Тыртышникова Т.К. – вед. программист

Студенты

пограничного слоя.
Моделирование процессов в деятельном слое суши.

российских и международных научных конференциях

at the Petascale

тепловлагопереноса в системе «приземный слой атмосферы – растительность – снежный покров – почва»
глобальная климатическая модель ИВМ РАН

Выделены основные факторы, определяющие термодинамический режим грунтов в зоне вечной мерзлоты:
теплопроводность относительно тонкого верхнего слоя (слоя растительных остатков и мохового покрова)
различие в теплопроводности льда и жидкой воды
возможность существования жидкой влаги в переохлажденном состоянии.

мая 2008

Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы

Многолетняя мерзлота в модели ОЦА

Среднее за 17 лет
содержание льда
в почве в августе,

контрольный эксперимент
(толщина «мха» 1 см)

То же,
толщина «мха» 8 см

Наблюдаемое распространение
многолетнемерзлых пород

мезомасштабной негидростатической модели международного консорциума COSMO) на различные временные периоды (от 1 года до 50 лет) с привлечением данных различных метеостанций (Валдай, Якутск, Линденберг). Применение более совершенной «снежной» модели, разработанной в ИВМ РАН и используемой в НИВЦ МГУ, значительно улучшает воспроизведение эволюции снежного покрова, особенно в весенние месяцы, и заметно сказывается на качестве воспроизведения температуры поверхности в период интенсивного снеготаяния.

surface
temperature > 0°C

Heat conduction
Liquid water transport
Gravitational compaction +
metamorphosis
Solar radiation penetration

1 layer

Arbitrary number of layers,
in this study 5

Numerical schemes

Implemented processes

COSMO

INM

водоема за
счет использования параметризации нелокального турбулентного обмена
в случае неустойчивой стратификации, что позволило достичь хорошего
согласия рассчитанной температуры поверхности крупнейших внутренних
водоемов планеты с данными спутниковых наблюдений (В.М. Степаненко).

fluxes (Flake and Lake)

облачность

Горные циркуляции

Западная Сибирь (Югра)

x 385 x 61 = 9,041,725 узлов
двумерная декомпозиция области для обмена данными между процессорами

устойчивости по совокупности итераций, а также монотонности и положительной определенности MPDATA.
MPDATA адаптирован для включения в мезомасштабную модель NH3D — совместную модель атмосферы и подстилающей поверхности с одномерной параметризацией гидрологических объектов.
Проведен сравнительный анализ расчетов с использованием схем “чехарда” и MPDATA в рамках модели NH3D, а также на двумерном и трехмерном тестовых примерах.
С использованием схемы MPDATA проведено моделирование переноса примеси над гидрологически неоднородной территорией в Западной Сибири.

Численное моделирование мезомасштабного переноса примеси над гидрологически неоднородной поверхностью
(Д.Н. Микушин, дипломная работа)

км)
периодический источник на берегу р. Обь вблизи г. Сургут

Распространение примеси
перпендикулярно руслу реки в 13:00 третьего дня интегрирования

Перенос примеси над Западной Сибирью (ХМАО-ЮГРА)

поверхности дополнена блоком переноса аэрозоля

Разработаны прототипы параллельных версий модели для суперкомпьютеров с распределенной памятью и для гибридных вычислительных систем с процессорами PowerXCell 8i

шагов схемы “чехарда” на сетке 25 млн точек для моделирования переноса примеси на сервере IBM PowerXCell 8i с использованием и без использования Streaming SIMD Extensions.

и по стационарным данным с 27 по 30 июня 2008 г.

и обратного уступов (изоповерхности завихренности)

Вихреразрешающее моделирование турбулентных процессов (А.В. Глазунов)

по моделированию турбулентных атмосферных течений вокруг плохообтекаемых тел и продемонстрированы преимущества смешанных динамических моделей турбулентного замыкания.

Предложен и реализован алгоритм автоматического определения единственного параметра динамических моделей – отношения ширины тестового фильтра к ширине базового фильтра.

области.
Оперативная память распределена между процессами, что снимает ограничения по памяти при достаточно большом количестве расчетных модулей.

Несмотря на увеличение доли межпроцессорных обменов, с увеличением количества процессоров суммарное время выполнения задачи уменьшается за счет более эффективного использования кэш-памяти

размерность задачи 456х152х264 (18,298,368 узлов сетки)
суммарное процессорное время, необходимое для получения статистик течения ~ 2000 часов.

Анализ эффективности параллельных вычислений на суперкомпьютере «Чебышёв»

примеси между зданиями городской застройки.

Возможности:
получение подробных трехмерных модельных данных о силе ветра, его изменчивости, величине максимальных порывов, ветровой нагрузке на здания, а также сведений об обмене теплом на боковых стенках и крышах зданий.
прогнозирование распределения концентрации безынерционной и инерционной пассивной примеси, поступающей в городскую среду из локальных или распределенных источников.
проведение расчетов в областях с горизонтальным размером до 1-2 км и вертикальным размером несколько сотен метров при пространственным разрешении 1 - 5 метров, что позволит подробно описать реальную конфигурацию застройки и получать статистически достоверные результаты моделирования.

масштабируемости параллельных алгоритмов при большом (~ 1000) количестве процессоров; анализ результатов расчетов по воспроизведению крупномасштабных когерентных структур (А.В. Глазунов).
Дальнейшее развитие модели снежного покрова для целей исследования ключевых механизмов функционирования климатической системы; анализ роли криосферных процессов в изменениях климата (Е.Е. Мачульская).
Адаптация региональной атмосферной модели для расчетов на суперкомпьютерах гибридной архитектуры; разработка программного кода совместной модели мезомасштабной динамики атмосферы и переноса активной примеси с реализацией на распределённых вычислительных системах (Д.Н. Микушин).

поверхность суши – атмосфера» (проект РФФИ 09-05-00379, руководитель: В.М. Степаненко, основные исполнители: Е.Е. Мачульская, Д.Н. Микушин).

План на 2009 г.

Реализация первого этапа проекта LakeMIP: оценка точности воспроизведения термодинамического режима различных типов озёр одномерными моделями
(В.М. Степаненко)

исходного кода и начальных данных разрабатываемых численных моделей.

Исследование вопросов дистанционного обучения на базе современных информационных технологий (С.В. Корухов).

План на 2009 г.