| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Повышение уровня связанности территории Российской Федерации путем создания интеллектуальных транспортных, энергетических и телекоммуникационных систем, а также занятия и удержания лидерских позиций в создании международных транспортно-логистических систем, освоении и использовании космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики |
| 16. |
Аннотация |
Проект направлен на разработку численной модели сложного природного объекта: регионального водного бассейна, причем в рамках более крупной задачи разработки совместной модели океана со льдом и атмосферы. Необходимо взаимодействие специалистов в области геофизической гидродинамики, океанологии, вычислительной математики, высокопроизводительных вычислений и вычислительных систем, океанологов и гидрологов, а в дальнейшем и морских биологов. Цель проекта — разработка модели океана в составе совместной модели атмосферы-океана высокого разрешения и ее настройка. Калибровка и верификация по данным натурного наблюдения, как in situ, так и средствами дистанционного зондирования Земли. Конечная цель разработки совместной региональной модели — решение задач моделирования и прогнозирования погодных и климатических явлений. Область включает в себя Арктику, в том числе и Арктический регион Российской Федерации и Северный морской путь. Модель океана содержит компонент морского льда, который играет критически важную роль. Таким образом, тема идеально подходит под описание направления Стратегии. Использование современной модели глубокого океана и морского льда с богатой физикой в конфигурации совместной модели атмосферы и океана является необходимым условием для прогноза состояния окружающей среды в полярных районах России на масштабах от сезона до столетия. Выбранная модель должна иметь достаточно высокое разрешение, чтобы явно описывать основные струйные течения, при этом из-за малости мезомасштабных вихрей использовать развитый пакет физических параметризаций для описания подсеточной геофизической турбулентности (диффузия на изонейтральных поверхностях, вихревые переносы). Используемые параметризации и их численная реализация должны быть ориентированы на работу с минимальными значениями фоновых коэффициентов турбулентной диффузии/вязкости в условиях выраженных горизонтальных и вертикальных фронтов в полях температуры и солености, что потребует использования новых схем переноса высокого порядка точности. Численная реализация такой модели должна быть эффективна на многопроцессорных вычислительных системах, при этом требование времени таково, что ставится вопрос об использовании гибридных архитектур с использованием графических процессоров. Это требует существенного изменения кода программы. Задачи, которые предстоит решить в данном проекте: совершенствование подсеточных параметризаций (горизонтальная и вертикальная турбулентность, подледная и склоновая конвекция, параметризации вихревого переноса мезомасштабными и субмезомасштабными вихрями), численной схемы (прежде всего – схемы переноса скалярных характеристик морского льда и океана) и программной реализации (с исследованием возможности использовать разрабатываемые в ИВМ РАН библиотеки термодинамики морского льда и вертикальной турбулентности, реализованные на языке CUDA, для использования компьютеров с гибридной архитектурой CPU-GPU) совместной модели FEMAO-2.0 Северного Ледовитого океана и окружающих его морей Северной Атлантики и Тихого океана высокого разрешения (не хуже, чем 1/8 градуса в повернутой системе координат, что составит не менее 14 км). Тщательная верификация новой версии модели на данных измерений состояния океана и морского льда и данных океанских реанализов; реализация модели Северного Ледовитого океана с возможностью воспроизведения эволюции биохимии океана (в ближайшей перспективе – в интерактивном режиме); анализ программной реализации и структуры данных атмосферной и океанской моделей, выбор протокола обмена данными. Это может быть протокол, принятый в глобальной климатической модели ИВМ РАН, либо другой подходящий под структуру данных моделей протокол, реализованный в свободно распространяемых каплерах (управляющих программах). Существенным требованием будет вычислительная эффективность системы интерполяции и передачи данных на многопроцессорных ЭВМ смешанной архитектуры; реализация совместной региональной модели атмосферы-океана-морского льда, отладка программного кода и проведение калибровочных расчетов по прогнозу регионального климата. |