ИСТИНА

В рамках НИР запланированы следующие работы. Адаптация динамической модели океана NEMO на суперкомпьютере Ломоносов-2: установка, конфигурирование вычислительной сетки и оценка вычислительной эффективности. Разработка стохастических и детерминистических параметризаций мелкомасштабной динамики, предназначенные для численных моделей двумерной и квазидвумерной турбулентности, в частности, для моделирования подсеточных сил, связанных с субмезомасштабными вихрями в моделях циркуляции океана. В параметризациях должны быть учтены численные схемы адвекции, и они должны быть исследованы с точки зрения их способности реалистично воспроизводить обратный энергетический каскад. Реализация блока расчета траекторий частиц в турбулентных потоках на параллельных вычислительных системах для оценки применимости лагранжевых методов в задачах идентификации вихрей и когерентных структур в геофизических средах, в т.ч. в океане.

В результате работ по настоящему проекту создана конфигурация модели NEMO NNATL12, включающая в себя акваторию части Северной Атлантики (47 – 70 с.ш., 84 з.д. – 10 в.д.), в том числе моря Гренландское, Ирмингера, Норвежское, Исландское и Северное. В целях упрощения описания процессов взаимодействия с речным стоком, а также в областях неглубоких морей, закрыты пролив Скагеррак (Атлантический океан – Балтийское море) и Северо-Западный проход (Гудзонов залив – Северный Ледовитый океан). При выбранном разрешении модели 1/12 градуса по широте и долготе размер описанной сеточной области составляет 402х934 точки, разрешение в вертикальном направлении – 75 уровней. В качестве начальных и граничных условий в данной конфигурации используются данные глобального океанского реанализа GLORYS2v4. Информация о приливном режиме взята из данных базы FES2012. На границах закрытых проливов (Северо-Западный проход и Скаггерак) обмен с соответствующими областями океана описан параметрически. В качестве атмосферного форсинга использованы данные DRAKKAR Forcing Set. Кроме метеорологических параметров, в модели также усваиваются данные о восстановленном уровне поверхности океана, климатическом распределении хлорофилла и речного стока. В качестве блока ледового покрова используется модель LIM3, при этом в модели океана не учитываются айсберги и ледовые шельфы арктических морей. Для описанной конфигурации были выполнены расчеты по данным за 2010 год: проведена оценка масштабируемости модели. Расчеты проводились в тестовой очереди СК Ломоносов-2. Были использованы от 51 до 444 вычислительных ядер, тесты производительности осуществлялись при двух различных уровнях оптимизации кода модели при компиляции -O2 и -О3. По данным произведенных тестов показано, что модель NEMO в данной конфигурации хорошо масштабируется до 444 ядер. Проведен сравнительный анализ численных аппроксимаций, применяемых в задачах моделирования атмосферы и океана. Проверена способность различных конечно-разностных и полулагранжевых схем достоверно воспроизводить двунаправленный каскад энергии и энстрофии при грубом пространственном разрешении. По данным прямого численного моделирования проведен априорный анализ взаимодействия мелкомасштабных и крупномасштабных компонент течения. На его основе получены спектральные характеристики подсеточных сил для модели с грубым разрешением. Протестированы различные варианты стохастических и детерминистических подсеточных моделей. При построении этих моделей были учтены свойства численных аппроксимаций адвективных слагаемых в уравнениях гидродинамики. Предложен блок расчета траекторий частиц в численных гидродинамических моделях для параллельных вычислительных систем. Движение некоторой частицы на каждом шаге по времени рассчитывается только одним вычислительным элементом, связанным с той подобластью, в которой на текущем шаге расположена эта частица. Каждый вычислительный процесс, помимо расчета движения частицы, сохраняет и траекторию ее движения до тех пор, пока частица не покинет его подобласть. Технология позволяет проводить расчет динамики пассивных частиц как на центральных, так и на графических процессорах; не требуется дополнительной постобработки данных, а длина траекторий не накладывает ограничений на объем оперативной памяти. С помощью DNS-модели, разработанной в НИВЦ МГУ, проведены расчёты течения Куэтта при нейтральной и слабоустойчивой стратификации. Для идентификации когерентных структур применены эйлеровы критерии: lambda, Delta и Q-критерий. Показано, что критерии хорошо согласуются по результатам выделении структур.