Ученые смоделировали атмосферу Земли с разрешением 220 метров

Ученые Токийского университета (Япония) впервые провели глобальное моделирование атмосферы с горизонтальным шагом сетки 220 м. Такая детализация позволила показать, что характерная для современных глобальных моделей ошибка с чрезмерно интенсивными и локализованными осадками ослабевает при повышении разрешения, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters.

Атмосферные модели делят поверхность Земли на сетку и рассчитывают параметры атмосферы в каждой ячейке. Современные глобальные модели штормового разрешения обычно используют шаг в несколько километров. При таком разрешении они способны воспроизводить крупные облачные и грозовые системы, но часто формируют так называемые «попкорноподобные» осадки – отдельные локализованные ливни чрезмерной интенсивности, которые не соответствуют наблюдаемой структуре осадков.

Исследователи провели серию расчетов с шагом сетки от 3,5 км до 220 м на суперкомпьютере Fugaku. В наиболее детализированной модели было почти 1 трлн трехмерных точек сетки. При разрешении 3,5 км осадки в модели формировались в виде отдельных пятен, в том числе с чрезмерно высокой интенсивностью. При переходе к сетке 220 м появлялось больше мелких ячеек осадков, которые распределялись по более широкой территории. В результате средняя интенсивность осадков снижалась, а чрезвычайно интенсивные осадки становились менее частыми.

Исследователи назвали проведенный расчет первой демонстрацией глобального моделирования крупных вихрей (global large-eddy simulation, GLES) для глубокой конвекции. Разрешение 220 м позволяет моделировать внутреннюю структуру отдельных конвективных облаков, включая восходящие потоки воздуха, а не описывать их поведение только с помощью параметризаций. Конвекция – процесс подъема теплого влажного воздуха, при котором формируются облака и могут выпадать сильные осадки. При этом повышение разрешения не устранило все проблемы моделей. Доля низкой облачности при переходе к более мелкой сетке снижалась, а результаты для высоких облаков зависели от использованной схемы турбулентности. Это означает, что для более точного моделирования облачности одного увеличения разрешения недостаточно.

Проведение расчетов с шагом 220 м пока слишком затратно для использования в оперативном прогнозировании погоды. Для восьмичасового моделирования исследователям пришлось задействовать более половины вычислительной мощности Fugaku. Поэтому такие расчеты могут использоваться прежде всего как эталон для совершенствования глобальных моделей с километровым разрешением. В будущем ученые рассчитывают проводить глобальные моделирования с шагом около 10 м, однако такие расчеты пока остаются долгосрочной целью. По мнению авторов исследования, данные высокодетализированных моделей могут помочь совершенствовать описание турбулентности, облачной микрофизики и других процессов в глобальных моделях и тем самым повысить точность моделирования экстремальных погодных явлений.