Modelagem de sistemas terrestres em um quintilhão de cálculos por segundo

Os modelos climáticos computam grandes quantidades de informações sobre o sistema climático da Terra — de pequenas gotículas de água a padrões climáticos de larga escala — para recriar o clima passado ou prever o clima futuro. Recriar com precisão como a energia da Terra (medida em watts) é equilibrada entre a atmosfera, a superfície terrestre, os oceanos e o gelo marinho ajuda os cientistas a entender quais fatores estão causando mudanças no clima e nos permite nos preparar melhor para o futuro.

Para gerenciar a ampla gama de escalas, essas simulações de computador dividem o mundo em uma grade 3D de células. Modelos modernos de circulação geral, que simulam o movimento do ar ao redor do planeta, dividem a atmosfera em uma grade de quadrados horizontais de cerca de 1° de largura e cerca de 60 níveis verticais. Embora essa resolução seja uma melhoria em relação às versões anteriores desses modelos, ela ainda é baixa o suficiente para permitir grande incerteza.

Os modelos globais de resolução de tempestades (GSRMs) são um tipo mais novo de modelo climático com resolução mais alta. Com quadrados de grade de apenas 5 quilômetros de largura, esses tipos de modelos podem fornecer mais detalhes e informações sobre eventos climáticos severos, como ciclones tropicais. Mas eles ainda lutam para resolver detalhes das propriedades das nuvens (particularmente perto da superfície da Terra) e o movimento vertical do calor e da umidade atmosféricos. Além disso, seu nível de detalhes torna esses modelos lentos e caros para serem executados em hardware de computador tradicional.

Em um novo estudo publicado na Revista de Avanços em Modelagem de Sistemas TerrestresAS Donahue e colegas exploraram um novo GSRM que combina alta velocidade computacional com modelagem de alta resolução: o Modelo de Atmosfera E3SM de Resolução de Nuvens Simples (SCREAM).

Este modelo foi projetado para rodar em computadores exascale, que podem executar mais de 10¹⁸ problemas de multiplicação ou adição por segundo — desempenho que atualmente só é possível nos dois computadores mais rápidos do mundo. Após cinco anos de desenvolvimento, os autores do estudo executaram quatro simulações de 40 dias de cada estação em uma grade de resolução de 3 quilômetros neste novo modelo e compararam seus resultados com dados de satélite e terrestres.

Esta primeira iteração do SCREAM recriou o balanço global de energia com precisão de 1,2 watts por metro quadrado, bem como os jatos de latitude média e rios atmosféricos responsáveis ​​pelo transporte de umidade nos polos. O SCREAM também capturou as mudanças diurnas (mudanças ao longo do dia) em nuvens de nível de limite em todas as quatro estações, mas teve dificuldade para capturar as nuvens de nível médio, especialmente nos trópicos. Embora ainda em estágios de desenvolvimento, o SCREAM fornecerá aos pesquisadores uma maneira mais rápida de realizar simulações climáticas de alta resolução.

Esta história é republicada cortesia da Eos, hospedada pela American Geophysical Union. Leia a história original aqui.