Презентация - Институт вычислительной математики РАН

Модели климата ИВМ РАН
Володин Е.М. Институт вычислительной
математики РАН
email: volodin@inm.ras.ru
Версии модели климата
INMCM3 – включает в себя атмосферу (5oх4oL21),
океан (2.5oх2o L33). Участвовала в CMIP3 в 20032004г. Впоследствии дополнена блоками цикла
углерода, метана, динамической растительности.
INMCM4 – атмосфера (2oх1.5o L21), океан (1oх0.5o
L40). Участвует в СMIP5 в 2010-2011г. Включает
также углеродный цикл, расчет некоторых
электрических явлений.
ESM INM – атмосфера (5oх4oL39), океан
(1oх0.5oL40), химия атмосферы, углеродный
цикл
Реализация моделей на массивно-параллельных
компьютерах
INMCM3 – оптимальное количество процессоров 8-10 в
режиме MPI. Атмосфера и океан считается
последовательно (океан на одном процессоре).
Скорость счета 15-20 лет за сутки.
INMCM4 – оптимальное количество процессоров 32-40
для атмосферы MPI и 8 для океана (OPENMP).
Запускается на счет в виде двух независимых задач,
обменивающихся через жесткий диск. Скорость счета 610 лет за сутки.
ESM INM – 8 процессоров для динамики атмосферы, 8
для химии (MPI), 8 для океана (OPENMP). Скорость
счета 5-8 лет за сутки.
Чувствительность моделей CMIP3 к удвоению CO2
N
Модель
ΔТ
1 UKMO-HadGEM1, UK
4.4
2 IPSL-CM4, France
4.4
3 MIROC3.2 (hires), Japan
4.3
4 MIROC3.2(medres), Japan
4.0
5 CGCM3.1(T47), Canada
3.4
6 CGCM3.1(T63), Canada
3.4
7 ECHAM5/MPI-OM, Germany 3.4
8 GFDL-CM2.1, USA
3.4
9 UKMO-HadCM3, UK
3.3
10 ECHO-G, Germany/Korea
3.2
11 MRI-CGCM2.3.2, Japan
3.2
12 CSIRO-Mk3.0, Australia
3.1
13 GFDL-CM2.0, USA
2.9
14 CCSM3, USA
2.7
15 GISS-EH, USA
2.7
16 GISS-ER, USA
2.7
17 INM-CM3.0, Russia
2.1
18 PCM, USA
2.1
-------
* INM
----
2000
2050
2100
Аномалия глобальной температуры по данным наблюдений и модели INMCM3
Ошибки моделей CMIP3 (Reichler T., Junsu K. 2007)
Оценка эффективного количества моделей CMIP3 (Pennell C. and Reichler T., J.
Climate, 2011, V24, 2358-2367)
К-т корреляции ошибок различных моделей. 95% значимость начиная с 0.28
Среднегодовая ошибка ТПО, INMCM3
Среднегодовая ошибка ТПО, INMCM4
“Длинные” эксперименты, предлагаемые в CMIP5
Изменение глобальной температуры в расчетах: PI (синий), 20С
(зеленый), RCP4.5 (оранжевый), RCP8.5 (красный).
Рост уровня океана вследствие термического расширения
Интенсивность меридиональной циркуляции в Атлантике, Св
Изменение летней среднесезонной температуры при глобальном
потеплении (вверху). Отличие изменения температуры в 0.1%
самых жарких дней от изменения среднесезонной температуры (%)
Годовой ход
общего
содержания озона
в модели (вверху)
и по данным
TOMS (внизу)
Общее содержание озона в 1900-2100г
Концентрация СО2 в модели (черный) и по наблюдениям и
сценарию RCP8.5 (красный)
Глобально осредненная температура на 2м (вверху), на 50 гПа (в
середине) и 1 гПа (внизу)
Изменение ОСО (ед. Добсона) в 2081-2100г по сравнению с 19611980г
Температура (вверху) и концентрация СО2 (внизу) в 2070-2100г с
учетом и без учета геоинженерного воздействия
Разность температуры (2081-2100 G) – (2056-2075)
Отношение количества осадков Р(2081-2100 G) /P(2056-2075)-1
Изменение ОСО (2081-2100 G) – (2056-2075), %
Декадные прогнозы естественных колебаний
климата с моделью INMCM4
В настоящее время сосчитан ансамбль из 10 прогнозов с 1
января 1995г сроком на 30 лет.
Для этого в начальный момент в задавалось следующее
состояние океана: среднее состояние океана за 1 янавря
500 лет прединдустриального счета плюс наблюдаемые
аномалии температуры и солености января 1995г по
отношению к январям 1980-2010г (использовались
данные реанализа SODA).
В различных членах ансамбля варьировались начальные
состояния атмосферы, которые брались из разных лет
прединдустриального счета (данные за 1 января),
атмосферные наблюдения 1995г никак не
использовались.
Разность приземных температур в 1978-1987 и 1967-1976г
(годы с положительным и отрицательным индексом PDO)
ЭОФ-1 5-летней средней температуры поверхности в
Тихом океане
Аномалии ТПО в январе 1995г (SODA)
Индекс PDO по модели (красный) и NCEP (черный)
Аномалии температуры поверхности в 1996-2000г (NCEP)
Прогноз аномалии температуры в 1996-2000г средний по
10 реализациям
Первая ЭОФ 5-летней средней температуры поверхности
в модели
Аномалия ТПО в начале 1995г
Температура в области 60N-90N,20W-80E по данным NCEP
(черный сплошной), MERRA (черный пунктир) и модели (красный)
Аномалии температуры поверхности в 2005-2009г (МERRA)
Аномалии температуры поверхности в 2005-2009г осредненные по
10 членам ансамбля
Новые версии модели климата
Сейчас на суперкомпьютере “Ломоносов” реализована
модель с разрешением в атмосфере 1.25х1 градус и 21
уровень, в океане разрешение 1/6x1/8 градуса и 40
уровней. Оптимальное количество процессоров – 128
для атмосферы и 1024 для океана. Время счета – 2.5
года за сутки.