ClimatePredicition - Sulphur cycle

Projekt CPDN pod BOINC po uvedení standardního slab modelu před rokem uvedl nový model nazývaný Sulphur cycle. Co obsahuje, čím se liší, co se v něm počítá a jaké jsou jeho nároky se dozvíte v následujícím článku.

Pro osvěžení paměti nejprve doporučuji článek Climateprediction - výzkum klimatu u vás doma. V Sulphur cycle se na něj budu odkazovat nebo přinejmenším předpokládat jeho znalosti a terminologii.

Když se na jaře roku 2003 betatestoval klasický klient pod Windows, na svou dobu to byl ambiciózní počin. Nároky byly oproti většině ostatních projektů velké a překvapily i mojí výkonnou mašinu. Ale projekt se úspěšně rozjel pro veřejnost, přešel pod BOINC platformu a rozšířil podporu na Linux a MacOS a díky BOINC tam mohl využit i stroje s více procesory. Stále se používal klasický 3-fázový Slab model v různě vylepšovaných variantách. Klasický CPDN pod Windows ještě zařadil tzv. THC Experiment (Thermohaline circulation), kde měl model 4 fáze a testoval vliv polovičního zpomalení Golfského proudu na klima. A již od záčátku byly ambice CPDN mnohem větší...

Sulphur cycle versus Slab model

K prvnímu výročí CPDN pod BOINC, 26. srpna 2005, začal scheduler CPDN posílat i nové jednotky, nazývané Sulphur cycle (dále SC).Model jako takový má klasické rozlišení, 96*72 buněk, stejný počet timestepů na fázi a stejný počet tricklů. Liší se tím, že přidává 4. a 5. fázi a obsahuje bohatší výpočty.

Již od první fáze obsahuje kromě hladin CO2 také emise síry (SO2, SO3 – v ovzduší se oxiduje SO2 na SO3 až po dosažení rovnováhy, která je silně posunuta směrem k SO3) a to hladiny z let 1985. Ve 4. fázi mají být hladiny oxidů síry na předpokládaných úrovních roku 2005 a pro 5. fázi budou změněny na dvojnásoku (spolu s 2x CO2).

Oxidy síry omezují schopnost absorpce slunečního záření Zemí a tak ochlazují, resp. tlumí efekt skleníkových plynů. Tudíž můžete očekávat čtvrtou fázi lehce chladnější než třetí (pátou fázi chladnější než třetí). Tomuto efektu se říká globální stmívání (Global dimming) a někteří se domnívají, že vlastně brzdí a skrývá projevy Globálního oteplování v jeho plné síle. Emise tohoto typu vznikají i přirozeným způsobem jako je výbuch sopky, kdy byl pozorován vliv na globální teploty i rok po události. Vliv emisí působících proti vlivu globálního oteplování byl pozorován i během 9/11, kdy 3 dny nelétala většina letadel nad USA a teplota stoupla zhruba o 1°C.

Technické nároky

Narozdíl od CO2, které je v atmosféře dobře promícháno, jsou emise síry více závislé na lokalitě. Proto byla vytvořena 3D mapa jejich koncentrací. Nejen proto stouply nároky na prvotní download na zhruba 27MB. Download samotných zadání modelů (jednotek) zůstal minimální a pohybuje se kolem 18kB. Nároky na operační paměť ze zvýšily pouze lehce - z cca 55MB na cca 58MB. Nejvyšší nároky jsou však na výpočetní výkon. Více napoví tato tabulka, kterou se průběžne snažím aktualizovat.

Nemalý je i nárok na prostor na disku - místo klasických 700MB budete potřebovat v 5. fázi modelu před jeho ukončením kolem 2.5GB a po jeho archivaci vám zůstane 1GB ve více jak 2 tisíci zazipovaných souborů. Již po skončení první fáze by se mělo odeslat kolem 9MB výsledků; další fáze si nároků kolem 2.5-2.7MB, takže celekm ke 20MB na upload výsledků celého modelu.

Rozhodně to tedy není procházka růžovým sadem. Opravený scheduler by měl zajistit, aby se model nestahoval na mašinách, pro které by to bylo příliš velké břemeno. Deadline je nastaven v porovnání s nároky výpočtu celkem krátký. To má nevýhodu, ze může donutit BOINC k earliest-deadline-first modu a bude počítat především CPDN SC. Na druhou stranu se u CPDN nemusíte obávat, ze by jednotka po překročení deadline byla odmítnuta nebo za ní nebyl přidělen kredit. Ten se přiděluje průbežně jako u Slab modelu a podle našich propočtů během alfa testování bylo navrženo zvýšení z 6805.26 kreditů za Slab model na cca 2.5x násobek, tedy nějakých 19281.57 (?) za model. Platí, že model má 5 fází po 24 tricklech, tedy celkem 120 tricklů; kredit je tedy přidělován po 0.833% výpočtu.

Jelikož je tento model minimálně stejně senzitivní na stabilitu počítače jako Slab, nedoporučuji velké overclockování a naopak doporučuji pravidelné zálohování BOINC.

Výsledky těchto modelů budou použity do dalších fází projektu. Projekt CPDN samo sebou nechce ustrnout a dále se rozvíjí. Alfa testujeme Coupled Model, který má mnohem dynamičtější odezvu mezi oceánem a atmosférou. Tzv. Spin-up fáze trvá 200 let a kromě bežného Slab modelu počítá ještě atmosférický model a celkem má 5,184,000 timestepů! Výsledky těchto SC Spin-up jednotek budou použity do hlavní části experimentu CPDN, která bude předpovídat klima na příštích 50 let; spin-up bude vlastně něco jako první kalibrační fáze několika desítek či stovek variant parametrů a její výsledky již rovnou půjdou do 2. a 3. fáze 50-letých coupled modelů pro Experiment 2 CPDN.

UPDATE: Verze 4.22 Sulphur cycle modelu je o něco rychlejší (především na AMD) a méně náročná na prvotní download - v článku údaje aktualizovány.

Svůj komentář na tento článek, co by mělo být opraveno, či doplněno můžete napsat do této sekce na našem týmovém fóru. Téma s komentářem k tomu konkrétnímu článku, by mělo nést stejný název, jako článek na webu.

Rubrika:


Nahoru