Как поместить планету внутрь компьютера — разработка энергетической экзафлопсной модели системы Земли

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США (DOE) во главе с Руби Леунг столкнулись с неожиданной проблемой при разработке новой компьютерной модели: их виртуальная Земля стремительно теряла воду, что указывало на ошибки в коде. Эта модель, получившая название Energy Exascale Earth System Model (E3SM), призвана с беспрецедентной детализацией воспроизводить взаимодействие атмосферы, океана, ледяных щитов, почвы и антропогенной деятельности для прогнозирования изменений климата и их последствий для энергетического сектора.

Создание E3SM критически важно для понимания того, как производство и использование энергии влияют на климат и, наоборот, как изменение климата воздействует на энергетику — например, через доступность воды для гидроэлектростанций или систем охлаждения. Модель уникальна своим фокусом на трех ключевых для энергетики областях: круговороте воды, биогеохимических потоках и динамике ледяных щитов. Для её работы требуются мощности суперкомпьютеров, что позволит получать данные с вдвое более высоким разрешением и проводить в 10 раз больше симуляций по сравнению с существующими моделями.

«Чтобы предсказать осадки, нужно действительно понять почти все остальные части системы Земли. Атмосфера играет роль связующего звена», — поясняет Руби Леунг. Разработка велась на базе существующей Community Earth System Model, но команда полностью заменила четыре ключевых подмодели (реки, мировой океан, морской и материковый лед), что потребовало сложной «настройки» их взаимодействия. Первая версия E3SM была выпущена в апреле 2018 года, её код и данные находятся в открытом доступе, а в будущем планируется как минимум три обновления для ещё более точного прогнозирования.