Долгосрочные прогнозы опасностей на территории России

    Во  всех этих случаях расчеты велись на модели, ориентированной на последовательную обработку данных. Разработка нынешнего, параллельного, варианта модели началась относительно недавно - в 2001 году. Тогда  в Межведомственном суперкомпьютерном  центре был введен в строй суперкомпьютер МВС-1000М, под который и была переработана модель. Процесс написания параллельной версии модели был достаточно сложным - на него потребовалось около двух лет. Кроме этого, в ИВМ РАН столкнулись с проблемой высокой загруженности МВС-1000М. Поэтому расчеты проводились также на 20-процессорном кластере, расположенном в НИВЦ МГУ им. М.В. Ломоносова. Окончательно проблему вычислительной мощности удалось решить с помощью собственного кластера из восьми узлов, каждый из которых включает по два процессора Intel Itanium 2. Именно на этом кластере были получены наиболее важные результаты, касающиеся изменений климата нашей планеты в XXI и XXII веках.

    В нынешнем виде модель климата Земли  ИВМ РАН представляет собой сложнейшую систему. По словам Евгения Володина, в модели учитываются все основные климатообразующие факторы. "В  основе лежит решение трехмерных уравнений гидротермодинамики атмосферы и океана, которые получены из уравнений Навье-Стокса. Это значит, что в каждом узле модельной сетки на каждом шаге по времени рассчитываются компоненты скорости ветра, температура и влажность, а также давление воздуха на поверхности Земли. Решение уравнений происходит конечно-разностным методом," - уточнил Евгений Володин, - "Модель учитывает также так называемые подсеточные процессы, то есть те процессы, характерный масштаб которых меньше размера ячейки модели, но которые влияют на крупномасштабную гидротермодинамику".

    К последним относятся прежде всего радиационные процессы. В модели вычисляются источники тепла, связанные с поглощением, отражением и рассеянием солнечной (коротковолновой) и длинноволновой радиации компонентами атмосферы, а также поверхностью Земли. Именно здесь учитывается влияние на климат имеющихся в атмосфере озона, углекислого газа, различных аэрозолей, метана, закиси азота, водяных паров и других веществ.

    Качество  модели ИВМ РАН признано как в  России, так и за рубежом. Модель участвует в международной программе CMIP (Coupled Model Intercomparison Project), целью которой является сравнение моделей климата по точности воспроизведения современного климата и чувствительности модели к малым внешним воздействиям, таким как изменение содержания парниковых газов. В программе участвуют на настоящий момент около двух десятков моделей из разных стран: США, Германии, Франции, Австралии, Великобритании, Канады, Китая. Сравнение результатов моделирования современного климата показывает, что по основным показателям качество модели ИВМ близко к качеству лучших моделей, участвующих в программе.

О точности моделирования можно судить по сопоставлению  данных наблюдений за температурой в  период с 1875 по 1995 гг. и расчетами  на модели. Такое сопоставление показывает, что модель ИВМ РАН демонстрирует  результаты, очень близкие к реальным. В частности, в модели фиксируется замедление роста температуры в 1950-1970 гг. и последовавший за этим быстрый рост.

    Естественно, что модель продолжит совершенствоваться. Уже в ближайшее время благодаря  увеличению количества процессоров  в кластере ИВМ РАН можно будет  увеличить разрешение модели по пространству. Запланировано и совершенствование  самой модели, включение в нее  новых блоков. В частности, в модель планируется ввести подсистему расчета  углеродного цикла, то есть интерактивный  учет источников и стоков парниковых и других газов.

    Таяние  арктических льдов. Чрезвычайно интересные результаты удалось получить исследователям ИВМ РАН в ходе работ про прогнозированию изменений климата, проводимых под эгидой Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Всего в расчетах по программам МГЭИК участвуют 14 моделей, включая разработку ИВМ РАН. Для оценки возможных климатических изменений МГЭИК предложено несколько глобальных сценариев будущего. В них заложены различные варианты демографического, социально-экономического и технологического развития, которые будут приводить к различной динамике выброса парниковых газов. 

    Модель  ИВМ РАН использовалась для исследования климатических изменений по сценариям  В1, А1 и А2. Согласно сценарию А2, увеличение содержания парниковых газов будет расти по экспоненте в течение XXI столетия, а в сценариях А1 и В1 выбросы будут ограничены. В настоящее время в ИВМ РАН просчитаны сценарии А1 и А2. Расчеты производились со скоростью 10 лет модельного времени за сутки времени реального. Блок моделирования атмосферы имел разрешение 5 x 4 градуса по широте и долготе и 21 уровень по вертикали. При моделировании океанических процессов разрешение составило 2,5 x 2 градуса при 33 уровнях по вертикали.

"

    Значительное  потепление климата произойдет и  в Арктике. Даже по сценарию A1, во второй половине XXII века температура в Арктике  вырастет примерно на 10 градусов по сравнению  со второй половиной XX века. Не исключено, что уже менее чем через 200 лет  полярные льды будут сохраняться  лишь зимой, а летом будут таять. Важно отметить и то, что хотя, согласно условиям расчета, в XXII веке выбросы парниковых газов фиксировались на одном уровне, рост температуры на Земле продолжался "по инерции" в течение первых нескольких десятилетий следующего столетия. Значительно - на 4-6 градусов, в соответствии со сценарием A1 - потеплеет в умеренных широтах континентов северного полушария. Наименее сильным будет потепление над океанами в южном полушарии - здесь потеплеет на 2-3 градуса.

    Изменение среднегодовой температуры воздуха  в 2151-2200 гг. по сравнению с 1951-2000 гг. по данным модели ИВМ РАН (сценарий А1)

Разумеется, в случае реализации сценария A2 потепление будет более сильным. Конечно, стоит  понимать, что все эти выводы справедливы  лишь применительно к модели. Влияние  каких-либо неучтенных факторов или  неожиданные воздействия на климат могут как ускорить так и замедлить процесс потепления на Земле. Тем не менее, расчеты еще раз доказывают, что проблема потепления климата не является надуманной и требует решения. И решение это состоит не только в ограничении выбросов парниковых газов - человечество должно быть готовым к изменению климата и по возможности адаптироваться к нему. И данные расчетов ИВМ РАН и других научных организаций здесь очень ценны, так как позволяют оценить масштабы климатических изменений и предсказать их последствия.