Вклад Проекта по сравнению совмещенных моделей в науку о климате

Проект по сравнению совмещенных моделей (ПССМ) Всемирной программы исследований климата (ВПИК) служит фундаментальной основой для международного исследования климата. Процесс осуществления этого Проекта представляет собой замечательный образец научно-технического сотрудничества десятков центров по моделированию климата, в котором участвуют 1 000 и более исследователей.

Последовательность этапов выполнения ПССМ составила фундамент и создала возможности для параллельной подготовки серии оценочных докладов Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Открыто признается, что Пятый оценочный доклад во многом опирается на пятый этап ПССМ. Данный краткий обзор планирования, предполагаемых возможностей и хода выполнения текущего, шестого, этапа ПССМ (ПССМ6) покажет его вклад в науку о климате [1] . 123

Мотивация и выгоды

Хотя в настоящее время проекты по сравнению моделей кажутся обычными, эта концепция впервые возникла, когда центры по моделированию атмосферы во всем мире приступили к реализации совмещенных моделей океана и атмосферы в целях изучения климата. Необходимость совместного использования и сравнения выходных данных этих моделей была быстро признана. Однако легче озвучить задачи, чем их выполнять: надо было определить постоянный организованный набор протоколов и механизмов наряду с процессом разработки и поддержки самой координации и необходимых средств для проведения сравнения. В ответ на эти требования рабочая группа ВПИК по сопряженному моделированию инициировала ПССМ. Своевременная поддержка со стороны Программы по диагностике и взаимным сравнениям климатических моделей [2] (ПДВКМ) позволила ПССМ разработать форматы и стандарты и создать эффективные механизмы доступа к выходной продукции моделей.

С 1995 г. ПССМ поддерживает центры моделирования и широкий круг разработчиков и пользователей моделей, которые осуществляют фундаментальный анализ и сравнение современных экспериментов с использованием климатических моделей в соответствии с общими протоколами. Предоставляя МГЭИК и другим заинтересованным сторонам полезную и доступную основу для формальных внешних оценок, ПССМ с самого начала также продемонстрировал сообществу исследователей климата две одновременно получаемые выгоды:

прогресс в области технического развития самих моделей, которому способствовали обмен и взаимное сравнение, а также согласованные форматы обмена и исходных параметров для проведения взаимного сравнения;
способность проводить систематическое исследование конкретных научных аспектов климатической системы – от облаков до глубинной циркуляции в океане и углеродного цикла – с помощью диагностики моделей, средних значений по ансамблю или тщательного перекрестного сравнения.

Процессы в рамках ПССМ целенаправленно способствовали совместному использованию знаний и навыков в области аппаратно-программного обеспечения и обмену между пользователями моделей и научным сообществом. Кроме того, они привели к минимизации дублирования усилий и снижению потребностей в рабочих и вычислительных ресурсах. В условиях ограничения ресурсов отдельные центры, а также все сообщество, высоко оценили этот факт.

Сложные задачи, стоящие перед ПССМ6

Повысилась потребность в ПССМ, и возросло количество задач, стоящих, в частности, перед ПССМ6. Все больше центров реализуют большее количество версий увеличивающегося числа моделей, которые становятся все более сложными. В настоящее время современная модель системы Земля могла бы полностью воспроизводить химию атмосферы, активные процессы на суше, включая рост и разрушение растительного покрова, и интерактивный углеродный цикл на суше и в океане. Реализация модели системы Земля со всеми поправками с самым высоким разрешением по-прежнему остается весьма сложной задачей, однако перечень необходимой и востребованной выходной продукции моделей для принятия решений, связанных с климатом, значительно увеличился по мере улучшения базового разрешения.

Некоторые конфигурации моделей ПССМ6 будут реализовываться с глобальным разрешением 25 км, что лучше региональных разрешений, используемых лишь несколько лет назад. Реализация этих моделей требует огромных вычислительных ресурсов, тогда как долговременное хранение, документирование, объединение в подкомплекты, поддержка и распространение терабайтов (и все чаще петабайтов) выходной продукции моделей вызывают необходимость в критической оценке возможностей и потенциала самых крупных центров данных и сетей самой быстрой передачи данных.

При разработке ПССМ6 Группа экспертов ПВССМ, являющаяся надзорной группой международных ученых, провела скрупулезную оценку результатов деятельности в прошлом и будущих потребностей. Она внимательно выслушала заказчиков, которыми в данном случае являются центры моделирования и научные пользователи. На основе предыдущих этапов ПССМ, особенно в интервале от ПССМ3 до ПССМ5, она отметила, какие стратегии и практики способствовали и препятствовали существенному прогрессу в повышении точности моделей и научном понимании в области моделирования. Основываясь на этом опыте, Группа экспертов определила пять проектных целей для ПССМ6:

Содействовать налаживанию взаимосвязей и проведению сравнения между различными проектами по сравнению моделей в рамках ПССМ6 и обеспечить согласованность между всеми этапами ПССМ;
Создать возможности для того, чтобы научное сообщество обеспечивало центрам моделирования научно обоснованные первоочередные планы приоритетных видов деятельности ПССМ6;
Позволить группам по моделированию осуществлять определяемые ими графики разработок и научные эксперименты без обязательной привязки к единому сроку исполнения, определяемому МГЭИК, но с учетом этого срока;
Укрепить деятельность в рамках Проекта по сравнению моделей в целом, встраивая ее в согласованную научную основу, что приведет к более эффективным коллективным результатам;
Добиться всего вышеперечисленного посредством открытого и всеобъемлющего процесса.

Проектирование ПССМ6 по мере его развития и осуществления на текущий момент, добивается этих целей путем фундаментальных изменений процесса и процедуры и за счет принятия главных научных задач ВПИК [3] в качестве всеобъемлющей научной основы.

Непрерывное и гибкое функционирование

Во избежание попеременных спешки и запаздывания при приближении установленного срока исполнения ПССМ6 позволяет центрам моделирования реализовывать усовершенствованные версии моделей и выполнять различные эксперименты ПССМ по мере их готовности и тогда, когда это удобно. Они могут работать в таком режиме в рамках ПССМ6 при условии, что также завершат и представят на рассмотрение результаты экспериментов по диагностике, оценке и характеристике климата (Diagnosis, Evaluation, and Characterization of Klima (DECK)) и исторического имитационного моделирования ПССМ6 в соответствии с руководящими указаниями, что является подтверждением их возможностей и намерений в отношении ПССМ и своеобразным «пропуском» для участия в ПССМ6.

Комплекты исторических данных о воздействиях, – включая выбросы и концентрации парниковых газов, изменения в землепользовании, солнечные и стратосферные (вулканический аэрозоль, озон) колебания, – стали доступны для ПССМ6 в апреле 2016 г. Это позволит центрам моделирования очень скоро приступить к выполнению экспериментов, которые являются «пропуском» для участия в ПССМ6.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎