Е. Мортиков (5 курс факультета ВМиК МГУ, н.р. – А.В. Глазунов) И. Алексеев (5-6 курс МФТИ, н.р. – А.В. Глазунов) С. Ткачук, Д. Чечин (5 курс Географического. - презентация

1

2 Е. Мортиков (5 курс факультета ВМиК МГУ, н.р. – А.В. Глазунов) И. Алексеев (5-6 курс МФТИ, н.р. – А.В. Глазунов) С. Ткачук, Д. Чечин (5 курс Географического ф-та МГУ, н.р. – В.М. Степаненко) М. Шапаев (4-5 курс факультета ВМиК МГУ, н.р. – В.Н. Лыкосов) Е. Казакова (4 курс Географического факультета МГУ, н.р. – Е.Е. Мачульская) Лыкосов В.Н. – д.ф.-м.н., зав. лаб. (проф. ф-та ВМиК МГУ, гл.н.с. ИВМ РАН) Глазунов А.В. – к.ф.-м.н., с.н.с. (с.н.с. ИВМ РАН) Степаненко В.М. – к.ф.-м.н., с.н.с. (н.с. Географического ф-та МГУ) Мачульская Е.Е. – к.ф.-м.н., н.с. (с.н.с. Гидрометцентра РФ) Микушин Д.Н. – м.н.с. (аспирант ИВМ РАН, н.р. – В.Н. Лыкосов) Мортиков Е.В. – м.н.с. (аспирант ИО им. П.П. Ширшова РАН, н.р. – Е.В. Семенов, ИО РАН, Н.Г. Яковлев, ИВМ РАН) Тыртышникова Т.К. – вед. программист

3 1. Математическое моделирование климата. 2. Численное моделирование региональных атмосферных процессов. 3. Вихреразрешающее моделирование атмосферного пограничного слоя. 4. Моделирование процессов в деятельном слое и на поверхности суши.

4 Сдано в печать 5 работ (в 2008 г. – 4 работы) Опубликовано 12 статей (в 2008 г. – 6 статей) Сделано 18 докладов на российских и международных научных конференциях (в 2008 г. – 17 докладов)

5 Earth System Model R. Loft The Challenges of ESM Modeling at the Petascale

6 Снежный покров: Высокая отражательная способность (альбедо) Низкая теплопроводность Накопление воды в течение длительного периода Многолетняя мерзлота: Территория, занимаемая многолетней мерзлотой, составляет четверть поверхности суши Северные экосистемы – наиболее уязвимы при глобальном изменении климата Площадь, занимаемая многолетней мерзлотой, будет сокращаться, а глубина активного слоя увеличиваться (IPCC, 2001) Экосистемы: от поглощения углерода – к его эмиссии (?) более быстрый сход снега уменьшение альбедо поверхности положительная аномалия температуры большее количество поглощенной солнечной радиации

7 o горизонтальное разрешение 4 х 5 градусов o 21 уровень по вертикали o шаг по времени: динамика + физика атмосферы 12 минут физика подстилающей поверхности 1 час радиация 3 часа Физика подстилающей поверхности: o модель «почва – растительность – снег – приземный слой атмосферы» o (23 уровня в почве, 4 уровня в снеге) o может работать автономно Снег Почва Испарение Осадки Поверхностный сток Подповерхностный сток Сток через нижнюю границу

8

9

10

11

12 Предложена методика оценки положительных обратных связей в климатической системе Земли. Проведены численные эксперименты с моделью общей циркуляции атмосферы ИВМ РАН по воспроизведению современного климата, рассчитано географическое распределение интенсивности обратной связи «альбедо – температура», обусловленной высокой отражающей способностью снежного покрова. Показано, что в среднем за год и по всей территории Евразии величина данной обратной связи невелика (заметно меньше оценок обратных связей, возникающих из-за наличия облачности и водяного пара в атмосфере), но в зимне-весенние периоды времени и над отдельными районами она может достигать существенных значений.

13 Модель переноса солнечного и теплового излучения (Chou, Suarez)Chou, Suarez Модель переноса солнечного и теплового излучения (Chou, Suarez)Chou, Suarez Модель переноса атмосферных аэрозолей (Микушин и Степаненко)Микушин и Степаненко Модель переноса атмосферных аэрозолей (Микушин и Степаненко)Микушин и Степаненко Модель снежного покрова и деятельного слоя суши ИВМ РАН (Володин и Лыкосов, Володина и др.)Володин и Лыкосов, Володина и др. Модель снежного покрова и деятельного слоя суши ИВМ РАН (Володин и Лыкосов, Володина и др.)Володин и Лыкосов, Володина и др. Модель водоема LAKE (Степаненко и Лыкосов)Степаненко и Лыкосов Модель водоема LAKE (Степаненко и Лыкосов)Степаненко и Лыкосов

14 Термокарстовые озера занимают в Северной части Сибири 22-48% площади суши, наблюдается тенденция роста их площади

15 8 - 50% антропогенной эмиссии метана до 2100 в зависимости от сценария IPCC (K. Walter et al., 2006, Nature) Незамерзающаягорячая точка – источник метана в зимнее время

16 Окисление метана (Arah & Stephen, 1998)

17 озеро Красное, (вблизи С.-Петербурга) 1969 – 1979 годы метеорологический «форсинг» - станция в г. Сортавала Температура дна Температура в донных отложениях (глубина 3 м) Наблюдения: Кузьменко, Теплопроводность отложений: Модель Коте и Конрада (Lu et al., 2007)

18 Результаты расчетов атмосферный форсинг – реанализ ERA-Interim ( ), разрешение 3 ч; Наблюдения (K. Walter et al., 2006): озеро Щучье, , разрешение 1 ч; потоки в различных частях озера

19 В одномерную модель гидротермодинамики водоема включен блок генерации, переноса и стока метана в талике, донных отложениях и толще водоема. В модели также представлены диффузионный и пузырьковый перенос в вышележащие слои отложений и водную толщу, окисление в водной толще с образованием углекислого газа. Сравнение модельных результатов с данными измерений потока метана, проведенных на термокарстовых озерах Северо-Восточной Сибири, показало их удовлетворительное согласие на уровне значений годовой эмиссии.

20 Размерность задачи 193 x 193 x 21 = 0.8 млн узлов

21 Профилировка с применением Intel Trace Analyzer and Collector (ITAC) Ускорение MPI-обменов за счет использования коллективных пересылок и однократной инициализации пересылок «точка-точка» (MPI_START) Использование параллельной библиотеки Intel MKL …

22 Разработана параллельная версия мезомасштабной атмосферной модели для вычислительных систем с распределённой памятью. На кластерах «Чебышев» (НИВЦ МГУ), MВС (МСЦ РАН) и Blue Gene P (ВМК МГУ) при использовании ядер рост производительности модели близок к линейному.

23 ElliptFRLeapfrog Ускорение PowerXCell8i по сравнению с OpenMP версией для двухпроцессорного узла с четырёхядерными Процессорами Intel Xeon 5472 Оптимизация Векторизованные для 128-битных регистров вычисления на SPU с двойной точностью Множественная буферизация, использование DMA-списков для эффективного заполнения очереди запросов в глобальную память

24 Для процессорной архитектуры Cell Broadband Engine реализованны численные схемы решения эллиптического уравнения и уравнения переноса. Исходный код пригоден для использования в составе различных приложений для Cell-серверов, в том числе тех, которые являются частью суперкомпьютера Ломоносов. Для НОЦ «Суперкомпьютерные технологии» подготовлен краткий обзор Анализ современных методов и технологий программирования компьютеров с перспективной архитектурой (на базе процессоров Cell)

25 Контуры скорости и профиль давления для течения вокруг кругового цилиндра при Re = 80 Контуры скорости и профиль давления для течения вокруг двух круговых цилиндров при Re = 200

26 Изоповерхности модуля завихренности при обтекании зданий городской застройки турбулентным потоком воздуха (расчет по LES-модели).

27 Разработана реализация метода погруженной границы для моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости в областях сложной конфигурации на декартовых сетках. Проведено сравнение результатов моделирования с данными физических экспериментов в аэродинамической трубе и с результатами, полученными с помощью других методов представления криволинейной границы. Для достижения той же самой точности в методе погруженной границы необходимо использовать большее число узлов сетки, что вызывает необходимость разработки и реализации параллельной версии программного кода.

28 km

29 Структура и энергия пульсаций скорости в ПСА существенно зависит от направления ветра 512 x 512 x 64 (16 млн), шаг по времени – 1 c, время расчета – 48 часов

30 Эволюция суммарной турбулентной кинетической энергии в развивающемся ПСА при восточном (черные кривые) и западном (красные кривые) направлениях ветра (45 o с.ш.). Зеленые кривые – эволюция ТКЕ на экваторе (верхняя кривая - восточный ветер, нижняя - западный). Профили компонент средней скорости ветра в развитом ПСА при нейтральной стратификации (черные кривые – северо-восточный ветер; красные –юго-западный)

31 При помощи вихреразрешающей модели исследовано влияние вращения Земли на структуру турбулентности и динамику квазиупорядоченных вихрей. На суперкомпьютере СКИФ МГУ "Чебышев" проведены численные расчеты турбулентного слоя Экмана с большим размером расчетной области (20 млн узлов расчетной сетки), позволившие воспроизвести как мелкомасштабную трехмерную турбулентность, так и крупномасштабные валики с поперечным размером в несколько километров.

32 1. Развитие параллельной версии мезомасштабной модели атмосферы, параметризация процессов генерации, переноса и стока метана и с учетом баланса углерода. Анализ (на основе численных экспериментов с моделью) роли мезомасштабной ландшафтной изменчивости в интегральной эмиссии метана и углекислого газа в районах вечной мерзлоты (В.М. Степаненко, Е.Е. Мачульская). 2. Разработка вычислительной технологии моделирования совместной мезомасштабной циркуляции атмосферы и переноса активной примеси; численные эксперименты и анализ результатов. Подготовка методического пособия по программированию для архитектуры Cell (Д.Н. Микушин).

33 3. Модификация вихреразрешающей модели пограничного слоя атмосферы с учетом динамического замыкания для скаляров. Разработка и реализация параллельной версии программного кода для метода погруженной границы. Численные эксперименты с новой версией модели с целью исследования влияния вращения Земли на турбулентную структуру стратифицированного пограничного слоя (А.В. Глазунов, Е.В. Мортиков). 4. Развитие информационных ресурсов лаборатории, удалённый доступ к учебным материалам, актуальным версиям исходного кода и начальных данных разрабатываемых численных моделей.

34

35