Summit、前例のない気象シミュレーションを実現

Oliver Peckham

気象・気候シミュレーションは、多くの場合、広範囲の気まぐれで相互依存的な変数を広い地理的領域にわたって統合する必要があり、非常に難しいものである。その結果、これらのシミュレーションのほとんどは、粗い空間解像度で動作するか、非常に特定の領域やタイムスケールに焦点を当てる。しかし、エクサスケールの時代が近づくにつれ、これらのトレードオフは減少しており、研究者は比較的細かい解像度で大面積の気象を長期間にわたってシミュレーションするようになってきている。現在、米国で最も強力なコンピュータであるSummitは、地球の全大気を1キロの解像度で4ヶ月間のシーズンに渡って解析するという、前例のない気象シミュレーションを可能にした。

欧州中期予報センター（ECMWF）がオークリッジ国立研究所と共同で実施したシミュレーションでは、現在、運用気象予報に9キログリッドを使用している統合予報システム（IFS）のコードを使用した。研究者たちはより高い解像度を実現するために、SummitのGPU機能、メモリ階層、ネットワークに合わせてコードを最適化した。

「本プロジェクトでは、この解像度でのシミュレーションが、1シーズンという長いスパンでにわたって維持できること、また、生成される大量のデータをSummitのようなスーパーコンピューターで処理できることを初めて明らかにしました」と、ECMWFの地球システムモデリングの責任者であるNils Wediは、ORNLのCoury Turczynでのインタビューで語った。

	衛星画像（右下）と比較して、9 kmシミュレーションから1 kmシミュレーションへと解像度が向上していることを示している。ECMWFによる提供画像。

より高解像度のシミュレーションでは、いくつかの非常に意味のある変更が行われた。例えば、多くの高い山の山頂は、9km四方に広がる低い標高に平均化されることなく、代わりに、モデルによって全高または全高付近で認識され、それらの地域を通る気流の情報がより良く提供されるようになった。また、高解像度化されたモデルは、熱帯雷雨のような小さな気象層の表現にも優れた効果を発揮している。

「私たちは、特定の地域で改善できるかどうかを単に考えるのではなく、理想的には、これらすべてを地球全体の循環システムに反映させていくことが必要です」と、このプロジェクトのデータリエゾンを務めるORNLの計算科学者、Val Anantharajは述べている。「地球規模の大気循環パターンをよりよく解明できれば、より良い予測ができるはずです。」

研究チームは、シミュレーションで得られたデータを解析中であり、結果の公表に向けて準備を進めている。このような高解像度の予測が一般的になるまでにはまだ時間がかかるかもしれないが、研究チームは、今回の結果が低解像度の予測や将来のエクサスケールシステムの結果をより良く予測するための情報提供に役立つことを期待している。

「このプロジェクトで克服した処理とデータの課題は依然として非常に大きく、私たちのシミュレーションが今日達成可能なものの最先端です」とWediは述べた。「しかし、現在9kmのグリッド間隔でシミュレーションを行っているのと同じように、将来的には1kmのグリッド間隔のシミュレーションを日常的に実行することが可能になると信じています。これらの境界線を押し広げることが重要なのです。」

この研究に関するORNLのCoury Turczynからのレポートを読むには、ここをクリックしてください。