mercoledì, Agosto 10, 2022

I modelli matematici e la Meteo-Climatologia

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Grazie all’avvento dei cosiddetti “supercomputer”, cioè piattaforme di calcolo ad alte prestazioni, associando l’informatica con le più moderne teorie della chimica, della fisica e della biologia, la scienza si è arricchita di un nuovo distretto che si basa su modelli matematici. Uno strumento che permette di simulare e studiare processi che altrimenti sarebbe troppo costoso, o pericoloso, o anche impossibile, verificare con una analisi diretta. Uno di questi settori è la Meteo-Climatologia.

La variabilità climatica mediterranea

La variabilità climatica mediterranea, per esempio, è condizionata sia da caratteristiche locali come l’orografia e il contrasto terra-mare, sia da una serie di altri fenomeni su larga scala come il flusso di aria di origine atlantica. Per questo motivo l’intera area del Mediterraneo è definita “hot spot”, cioè elemento di particolare sensibilità rispetto ai cambiamenti climatici.

modelli matematici
Il sistema E3SM ad alta risoluzione simula tempeste più forti con venti di superficie superiori a 150 miglia orarie e uragani che lasciano scie più fredde da 2 a 4 gradi Celsius rispetto alle zone circostanti. Questa simulazione dell’E3SM rappresenta il modo in cui le variazioni della temperatura della superficie del mare si evolvono quando un uragano (nella foto) in avvicinamento alla costa est degli Stati Uniti) si muove attraverso l’Atlantico e come la conseguente scia fredda influenzi la successiva intensificazione dell’uragano successivo (fonte DOE Office of Science)

I modelli matematici hanno reso possibile progettare, studiare, riprodurre e visualizzare complessi fenomeni naturali con una accuratezza fino a pochi anni fa impensabile.

Questi test di modelli matematici del sistema climatico producono sui supercomputer un grande volume di dati.

Negli Stati Uniti, la serie di esperimenti di Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) genera diverse centinaia di terabyte di dati, memorizzati in migliaia di file.

Il team di scienziati rappresentato da decine di ricercatori del clima e professionisti del calcolo e dei dati, è distribuito tra centri e istituti di ricerca suddivisi geograficamente.

The Energy Exascale Earth System Modeling Project è un enorme programma multi-laboratorio e multi-istituzione sponsorizzato dal Earth System Modeling program del Biological and Environmental Research del Department of Energy . DOE ha annunciato lo stanziamento di 10milioni di dollari per finanziare tredici progetti volti a valorizzare ulteriormente uno dei modelli informatici più sofisticati al mondo per lo studio dei modelli meteo-climatici.

Questo progetto di collaborazione coinvolge oltre cento scienziati, sviluppatori di software e personale di gestione di otto laboratori nazionali del DOE degli States, diverse istituzioni accademiche e partner industriali privati.

Per affrontare i cambiamenti climatici e le priorità di ricerca energetica nel Nordamerica, il team sta sviluppando un modello matematico all’avanguardia, ad altissima risoluzione, del sistema terrestre, definito Energy Exascale Earth System Model (E3SM), utilizzando modelli matematici di nuova generazione del DOE.

E3SM è progettato e sviluppato per ottenere il massimo rendimento, nell’arco di tre generazioni, da architetture hardware moderne e dallo sviluppo di nuovi software.

Si prevede che la prima serie di test di simulazione, tra progettazione dei modelli matematici, esecuzione, analisi della produzione e distribuzione dei risultati, dovrebbe generare un flusso di lavoro pari a oltre 1miliardo di ore di programmazione e l’elaborazione di 2 PB (1 Peta Byte = 10 elevato alla 15) di output di informazioni, sviluppate dai tre principali centri del Department of Energy.

Un seminario sull’argomento è stato organizzato via Go-to-Webinar dal Centro Euro-Mediterraneo sui Cambiamenti Climatici, (CMCC), che ha visto l’intervento di Valentine Anantharaj, Leadership Computing Facility dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Laboratorio Nazionale di Scienze interdisciplinari e tecnologia gestito dal Dipartimento dell’Energia statunitense.

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