用Exascale超级计算攻击气候危机

联合国政府间气候变化小组(IPCC)有报道气候变化和它的效果正在推进更快并且影响更大而不是几年前预测的模型。随着公众意识的增长和许多百万公民参加气候罢工今年,需要采取行动来试图限制气候灾难的程度,我们将面临更明显。

IPCC的报告表明,自美国以来未见的规模上的政府行动为第二次世界大战动员是必要的为了重新设计并重建世界的能源基础设施。与此同时,它也担任组织和承诺的公司大胆的气候行动和超过巴黎协议目标为了利用各种手段来了解哪些行动最佳地解决气候危机,即在近期和未来。

了解许多行星因素的复杂相互作用- 包括自我加强的影响正反馈循环扩大影响并触发进一步的突然变化 - 要求我们部署巨大的分析电源巨大和始终增长的数据套。这是一个紧急和艰巨的任务。

想象一下,将整个行星安装在计算机内。利用世界上最快的超级计算机和大数据模型,气候科学家正在以全球规模创建地球空气,水和土地系统的计算机模型。

在电脑里重建气候

国家、公司和社区已经从这个地球的比例模型中受益。橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)计算系统生物学首席科学家丹·雅各布森(Dan Jacobson)说:“它让我们可以做一年前还只是科幻小说的工作。”

雅各布森指的是首脑是世界上最快的超级计算机。机器运行在ExaScale.级别及其权力是不可否认的。峰会能够每秒跑到30亿亿亿亿亿次计算。它最近在三个小时内进行了大量的气候模拟;在一个更典型的系统上,这种数据嘎吱嘎吱的时间将达到133年才能完成,根据橡树岭国家实验室。对于气候科学家来说,这种计算能力的价值意味着新的建模可能性。

来自IPCC特别报告的数据关于全球变暖的影响1.5°C以上预工业水平,显示基于排放的预计效果。单击图像以查看报告。

气候是一种臭名昭着的硬质螺母 - 特别是在创造精确型号时。全球系统包括水,温度,大气气体和阳光的相互作用,其中成千上万的动态和可变因素。这使得预测一个月的天气非常困难,更不用说预测几十年来的精确变化。

但Exascale SuperComputing已经给予研究人员是优势。这些机器有效地通过纯粹的蛮力计算复杂的气候互动。研究人员将地球气候的每个因素输入了地球,大气,大气和土地的25%至100公里 - 作为单一数据点。然后,使用复杂的高分辨率模型,超级计算机可以在整个星球上同时分析这些数据点之间的数十亿个相互作用时数十亿。

通过精确地复制全球气候条件,这些模型更好地了解气候变化机制 - 并占大气压变化的所有内容冰融化,降水模式和水温的区域波动。最重要的是,他们可以预测未来的速度,规模和精度的未来变化。

这种新的计算能力提供了科学家最接近地球气候模型的最接近的东西。研究已经为我们最紧迫的气候问题提供了宝贵的答案,例如气候变化对我们社区,基础设施和能源使用的未来影响。

气候超级计算的有形益处

随着下一代超级计算的价值变得清晰,世界各地的研究机构正在开发自己的下一代机器来解决气候科学。例如,全国超级计算申请(NSCA)的研究人员,国家海洋和大气协会(NOAA),巴塞罗那超级计算中心和argonne国家实验室正在使用超级计算机来模拟效果全球能量生产,强度飓风热带气旋和影响的影响极端天气在我们的基础设施。

美国气象预报中心已经从超级计算机科学中获益。提供极端天气预报的国家海洋和大气管理局,最近安装了美国数据中心的新超级计算机。处理能力的提升使NOAA能够运行其下一代预报模型“全球预报系统”(Global forecast System),以更高的分辨率运行到更远的未来,从之前的10天运行到16天,从之前的13公里运行到9公里。这一改进听起来可能微不足道,但它大大提高了气象预报员和应急响应服务的能力,使公众及时了解情况,并在灾难期间有效地提供关键援助。

与此同时,社区和公司也从研究中受益。例如,电信巨头AT&T - 它有花了8.43亿美元自2016年以来灾难恢复 -最近合作与Argonne国家实验室预测极端天气对其蜂窝设备的影响。虽然上一代计算机只能以100公里的分辨率捕获结果(62英里) - 太广泛地分析了,但是,洪水对城市的影响 - argonne超级计算机将其预测缩小到仅12公里的分辨率(7.5沿线),仅适用于洪水数据200米(656英尺)。随着区域气候模式的变化,这些计算提供服务提供商,具有前所未有的保护重要电信基础设施的能力埋藏光纤电缆

总的来说,超级计算机提供了一种可能性,可以帮助我们开发解决方案,以减少地球面临的气候变化程度,也可以将极端天气对我们的经济和基础设施造成的巨大损失降至最低。在美国,天气的波动对我们每年国内生产总值有3%到6%的惊人变化$ 1.3万亿美元- 在2018年,极端的天气大致导致800亿美元损害。通过更准确的预测和更好的气候预测,政府官员和公司可以帮助减轻这些费用并准备我们与风险有关的挑战。

响应我们未能预防的影响

超级计算研究还有望告知美国和国际社会如何应对未来气候变化。虽然气候科学家了解气候变化的大图动态,但超级计算机将有助于改善他们的分析。结果:更准确的气候预测,以及深入了解人,生物,能源与环境之间的复杂相互作用。

例如,橡树岭国家实验室正在进行研究首脑区域环境变化如何影响我们的食物供应的可持续性 - 评估某些作物和植物如何应对和适应变化温度和水和营养可用性的变化条件。这些研究可以向科学家生物工厂提供精密农业的实践,植物在不断变化的环境中茁壮成长。同样重要的是,橡木岭研究还将研究气候变化如何与人类和生物疾病的可能传播有关。研究人员认为,一次分离的疾病可能在改变区域环境方面茁壮成长。

最重要的是,关切的是可能对能源生产的可能影响。从能源部的研究(DOE's)能源Exasgale地球系统模型(E3SM)将探讨这一点 - 包括自然和人类活动之间的双向动态。例如,LAS Alamos国家实验室的E3SM研究人员将评估区域温度的波动如何应对局部能源网,以及如何改变水可用性可能影响水电和核电厂的产出。同样,研究人员将研究极端水循环事件,如洪水,干旱和海平面上升,可能对关键的沿海基础设施有所影响。DOE的长期目标:确定如何以及在何处,可以适应变化的气候。

我能做什么气候危机?

在研究机构之外,大多数消费者 - 甚至最多的商业领袖 - 永远不会让他们的手在超级计算的气候模拟中。但是超级计算支持的研究已经在他们周围重塑世界。

公民可以利用研究中的知识和预测来施加各国政府和大型公司和组织以基于证据的最有效和有针对性的方式来实现直接行动,面对对人性的特定灾难性的影响。研究结果肯定会影响气候变化影响的全球反应,并告知全球战略,使政策制定者能够追求居住地居住。

气候变化为全球社区中的每个公民提供了一系列重要而非常有关的复杂挑战。随着超级计算的进步继续扩大,我的希望是气候斗争中的主要利益攸关方 - 研究人员,政府,企业实体和公众 - 将更好地了解,更准备,更加聪明,并掌握了有效的解决方案地方。

2020-05-04T17:47:24 + 00:00

关于作者:

约翰•保尔森的
John Paulsen是一个“良好”倡导者的数据,在数据存储行业近20年。他帮助推出了许多行业,包括HAMR技术,10k-RPM和15K-RPM硬盘,设计专为视频和游戏,串行ATA驱动器,流体动态硬盘电机,60TB SSD和Mach2多执行器技术而设计的驱动器。