Modelando el sistema terrestre a un quintillón de cálculos por segundo: el modelo a la resolución de nube
Los modelos climáticos calculan grandes cantidades de información sobre el sistema climático de la Tierra (desde pequeñas gotas de agua hasta patrones meteorológicos a gran escala) para recrear el clima pasado o predecir el clima futuro.
Recrear con precisión cómo se equilibra la energía de la Tierra (medida en vatios) entre la atmósfera, la superficie terrestre, los océanos y el hielo marino ayuda a los científicos a comprender qué factores están causando cambios en el clima y nos permite prepararnos mejor para el futuro.
Para gestionar la amplia gama de escalas, estas simulaciones por ordenador dividen el mundo en una cuadrícula de celdas en 3D. Los modelos de circulación general modernos, que simulan el movimiento del aire alrededor del planeta, dividen la atmósfera en una cuadrícula de cuadrados horizontales de aproximadamente 1° de ancho y unos 60 niveles verticales. Aunque esta resolución supone una mejora respecto de las versiones anteriores de estos modelos, sigue siendo lo suficientemente baja como para permitir una gran incertidumbre.
Los modelos globales de resolución de convección o de tormentas (GSRM, por sus siglas en inglés) son un tipo de modelo climático más nuevo y de mayor resolución. Con cuadrículas de apenas 5 kilómetros de ancho, estos tipos de modelos pueden brindar más detalles e información sobre fenómenos meteorológicos severos, como ciclones tropicales. Pero aún tienen dificultades para resolver detalles de las propiedades de las nubes (particularmente cerca de la superficie de la Tierra) y el movimiento vertical del calor y la humedad atmosféricos. Además, su nivel de detalle hace que estos modelos sean lentos y costosos de ejecutar en hardware informático tradicional.
En un nuevo estudio publicado en el Journal of Advances in Modeling Earth Systems, A.S. Donahue y sus colegas exploraron un nuevo GSRM que combina alta velocidad computacional con modelado de alta resolución: el Modelo Atmosférico E3SM de Resolución de Nubes Simple (SCREAM, Simple Cloud-Resolving E3SM Atmosphere Model).
El modelo SCREAM de muy alta resolución
Este modelo está diseñado para funcionar en ordenadores a escala de exaescala, que pueden realizar más de 10 18 multiplicaciones o sumas por segundo, un rendimiento que actualmente solo es posible en los dos ordenadores más rápidos del mundo. Después de cinco años de desarrollo, los autores del estudio realizaron cuatro simulaciones de 40 días de cada estación en una cuadrícula de 3 kilómetros de resolución en este nuevo modelo y compararon sus resultados con datos satelitales y terrestres.
Esta primera versión de SCREAM recreó el balance energético global con una precisión de 1,2 vatios por metro cuadrado, así como los chorros de latitudes medias y los ríos atmosféricos responsables del transporte de humedad en los polos. SCREAM también capturó los cambios diurnos (cambios a lo largo de un día) en las nubes de nivel límite en las cuatro estaciones, pero tuvo dificultades para capturar las nubes de nivel medio, especialmente en los trópicos. Aunque todavía se encuentra en las etapas de desarrollo, SCREAM proporcionará a los investigadores una forma más rápida de realizar simulaciones climáticas de alta resolución.
Referencia
A. S. Donahue et al, To Exascale and Beyond—The Simple Cloud‐Resolving E3SM Atmosphere Model (SCREAM), a Performance Portable Global Atmosphere Model for Cloud‐Resolving Scales, Journal of Advances in Modeling Earth Systems (2024). DOI: 10.1029/2024MS004314
Esta historia se publica nuevamente gracias a Eos y está organizada por la American Geophysical Union. Lea la historia original aquí.