Ученые создали самую точную и масштабную модель "виртуального" торнадо - «Наука и технологии»

Грозовые суперячейки (Supercell thunderstorms) - это гигантские воздушные бури, в центре которых находятся сильные вращающиеся восходящие потоки воздуха. Каждая из таких ячеек является "зародышем" торнадо, каждый четвертый-пятый торнадо имеет именно такое происхождение. И для того, чтобы иметь возможность более точного прогнозирования появления столь разрушительных явлений природы, ученые-метеорологи постоянно занимаются изучением процессов формирования торнадо. Однако, моделирование грозовой суперячейки, которая затем превратится в торнадо, основывается на данных, объем которых исчисляется терабайтами, и такая задача является посильной лишь для современных мощных суперкомпьютеров.

Одну из самых масштабных и точных моделей торнадо составила группа исследователей из университета Висконсина в Мэдисоне (University of Wisconsin at Madison), возглавляемая Ли Орфом (Leigh Orf). А за основу этой модели были взяты данные реального случая, шторма, суперячейка которого имела высоту в 20 километров, и который бушевал в центральной Оклахоме в 2011 году. "Цифровая версия этого природного явления, имеющая самую высокую на сегодняшний день разрешающую способность, позволяет нам во всех деталях рассмотреть внутреннее устройство суперячейки" - рассказывает Ли Орф, - "Но самым интересным для нас стал момент превращения суперячейки в торнадо".

Виртуальное пространство математической модели было разделено на 2 миллиарда частей, точнее на 1 839 200 000 частей. Каждая из этих частей представляла собой куб с длиной ребра в 30 метров, для которого в модели хранился набор данных, таких, как скорость и направление ветра, температура воздуха, атмосферное давление, влажность и т.п.

Созданная модель охватывала область виртуального пространства, размерами 120 на 120 километров и 20 километров высотой. "Цифровая буря" в недрах суперкомпьютера "завелась" вручную, когда в центр пространства был искусственно введен восходящий поток. А затем суперкомпьютер следовал законам физики, а в виртуальном пространстве модели, в соответствии с этими законами, развивалась суперячейка, превратившаяся потом в торнадо.

Для моделирования столь масштабной модели потребовалась весьма немалая вычислительная мощность, которая была предоставлена 20 тысячами вычислительных ядер суперкомпьютера Blue Waters, находящегося в распоряжении университета Иллинойса. Для справки, всего в этом компьютере насчитывается 800 тысяч вычислительных ядер, так что на расчеты модели торнадо была выделена не очень большая часть мощности суперкомпьютера. Расчеты модели торнадо производились на протяжении 30 часов времени, а объем полученных данных превысил 400 терабайт.