На кафедре физики атмосферы разработали новый подход для настройки климатической модели

Сотрудники физического факультета МГУ совместно с иностранными и российскими коллегами разработали метод автоматизированной настройки климатических моделей. Оригинальный подход основан на оптимизации новой функции, описывающей точность воспроизведения климата. Работа опубликована в журнале Geoscientific Model Development.

Построение климатических моделей необходимо для мониторинга состояния Земной системы, исследования ее чувствительности к различным (в том числе и антропогенным) воздействиям и для предсказания ее изменений. Моделирование осуществляется с учетом законов физики, а потому в его основе лежит мощный физико-математический аппарат. Исходя из количества учитываемых параметров, сложности и детальности описания существует иерархия климатических моделей: от простых до многомерных сложных.

«Наша работа стала результатом совместной работы международного коллектива ученых, посвященной развитию климатических моделей промежуточной сложности. В данной статье мы приводим описание и проверку атмосферного блока такой модели — блока Aeolus», — рассказывает Алексей Елисеев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник кафедры физики атмосферы отделения геофизики физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова.

Блок Aeolus описывает динамику атмосферы, его расчеты очень эффективны и позволяют учитывать множество параметров, также потенциально моделировать состояние климата на больших промежутках времени — вплоть до нескольких сотен тысяч лет. Разработанная автором из МГУ часть этой модели математически позволяет вычислять крупномасштабное (т.е. на временах больше времен погодных изменений в атмосфере) поле ветра и характеристики планетарных волн в тропосфере и стратосфере. Ее оптимизация производилась с использованием данных реанализа ERA-Interim, описывающих состояние атмосферы с 1983 по 2009 год. Модель изменяла свои параметры так, чтобы уравнения как можно точнее описывали наблюдаемые явления. Как показали результаты исследования, такая наученная программа эффективно описывает происходящее в атмосфере. В частности, хорошо воспроизводятся планетарные ветры, широтные ветры у поверхности Земли в Северном полушарии, шторма и восходящие экваториальные потоки воздуха.

«В дальнейшем планируется подготовка и публикация статей с описанием и проверкой полной климатической модели POEM, частью которой является модель Aeolus. Как и другие климатические модели промежуточной сложности, POEM позволит проводить расчёты для анализа изменений климата с меньшим требованием к вычислительным ресурсам по сравнению с моделями общей циркуляции, широко используемыми в настоящее время», — заключает Алексей Елисеев.

Работа выполнена совместно с коллегами из Потсдамского института исследования климатических воздействий, Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН, Потсдамского университета, Казанского федерального университета, нижегородского Института прикладной физики РАН и Амстердамского свободного университета.