Προβλέποντας την κλιματική αλλαγή στην Ευρώπη με χρήση της υπερυπολογιστικής υποδομής ARIS του Εθνικού Δικτύου Έρευνας και Τεχνολογίας

Κλιματική αλλαγή

Τις τελευταίες δεκαετίες ο πλανήτης δοκιμάζεται από το παγκόσμιο φαινόμενο της κλιματικής αλλαγής. Η άνοδος της θερμοκρασίας σε παγκόσμιο επίπεδο αλλά και η εμφάνιση ακραίων καιρικών φαινομένων σε τοπικό επίπεδο, όπως οι παρατεταμένες ξηρασίες και οι συχνότερες πλημμύρες από ραγδαίες βροχοπτώσεις, προκαλούν σοβαρές επιπτώσεις στην ευημερία του κοινωνικού συνόλου και στην οικονομία.

Ειδικότερα η περιοχή της Μεσογείου έχει χαρακτηριστεί ως “hot-spot” κλιματικής αλλαγήςi, δηλαδή περιοχή στην οποία οι επιπτώσεις αναμένεται να είναι ιδιαίτερα έντονες. Τομείς όπως ο Αγροδιατροφικός, η Βιοποικιλότητα, ο Ενεργειακός, ο Τουρισμός και η Υγεία εξαρτώνται στενά από τις μέσες και ακραίες κλιματικές τιμές μιας περιοχής και αναμένεται να επηρεαστούν σε βάθος χρόνου μερικών δεκαετιών λόγω της αναμενόμενης αλλαγής του κλίματος, όπως αυτή προβλέπεται από τις Εκθέσεις της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγήii. H έγκαιρη και έγκυρη εκτίμηση του μεγέθους της αλλαγής του κλίματος σε περιοχικό επίπεδο είναι ουσιώδης για τη χάραξη στρατηγικής για την αποφυγή και την αντιμετώπιση των δυσμενών της επιπτώσεων.

Η ανάγκη για υπολογιστικούς πόρους για τη μελέτη του κλίματος

Η διεθνής επιστημονική κοινότητα παίζει καταλυτικό ρόλο στην προσπάθεια αντιμετώπισης των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Με τη χρήση αριθμητικών μοντέλων που προσομοιώνουν τις διεργασίες του κλιματικού συστήματος, δίνουν τη δυνατότητα να γίνονται πιθανές προβολές του μελλοντικού κλίματος σε βάθος χρόνου, αιώνα ή και περισσότερο.

Για τη μελέτη του κλίματος, οι ερευνητές αναπτύσσουν κλιματικά μοντέλα από τη δεκαετία του 1960, τα οποία εξελίσσουν σταδιακά ώστε να περιλαμβάνουν περισσότερες και πιο σύνθετες φυσικές διεργασίες του κλιματικού συστήματος. Σήμερα τα κλιματικά μοντέλα είναι πολύ πιο σύνθετα και ακριβή από αυτά που πρωτοεμφανίστηκαν, παράλληλα όμως είναι πολύ περισσότερο απαιτητικά σε υπολογιστικούς και αποθηκευτικούς πόρους.

clim1

Εικόνα 1 Εξέλιξη των αριθμητικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη του κλίματος και της κλιματικής αλλαγής

Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τα κλιματικά μοντέλα για την υλοποίηση κλιματικών προβολών (climate projections) με την καλύτερη δυνατή χωρική ανάλυση. Με τις τεχνολογίες των υπολογιστών να εξελίσσονται ραγδαία, η προσομοίωση του κλίματος μιας περιοχής μπορεί να γίνει σε πολύ καλύτερη χωρική ανάλυση απ’ ό,τι στο παρελθόν (π.χ. ≤12 Κm σε επίπεδο ηπείρου για ένα περιοχικό κλιματικό μοντέλο, ≤150 Κm σε ένα μοντέλο παγκόσμιας κλίμακας).

Μέχρι πρόσφατα οι κλιματικές προβολές πραγματοποιούνταν σε μικρά υπολογιστικά συστήματα τα οποία προσφέρουν περιορισμένες δυνατότητες επεξεργασίας, ενώ οι περιορισμένοι αποθηκευτικοί χώροι είναι ένας επιπρόσθετος παράγοντας που δυσχεραίνει ακόμα περισσότερο την έγκαιρη ολοκλήρωση των κλιματικών προσομοιώσεων.

clim2

Εικόνα 2 Βελτίωση στη χωρική ανάλυση της κλιματικής πληροφορίας σε βάθος χρόνου από ~300 Κm (T42) σε ~40 Κm (Τ255) . Η δυνατότητα για εκτέλεση κλιματικών προσομοιώσεων σε υψηλότερη ανάλυση έγινε δυνατή χάρη στη χρήση υπερυπολογιστικών συστημάτων.

ARIS High Performance Computing: η τεχνολογική λύση του ΕΔΕΤ για Κλιματικές Προσομοιώσεις υψηλής ανάλυσης

Η ομάδα της Ελένης Κατράγκου από το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης πραγματοποιεί κλιματικές προσομοιώσεις για το Ευρωπαϊκό κλίμα του 21ου αιώνα στο πλαίσιο του διεθνούς προγράμματος Coordinated Regional Downscaling Experiment (CORDEX)iii, κάνοντας χρήση υπερυπολογιστικών υποδομών (HPC-High Performance Computing). Απευθύνθηκε στο Εθνικό Δίκτυο Έρευνας και Τεχνολογίας (ΕΔΕΤ) προκειμένου να χρησιμοποιήσει την εθνική υπερυπολογιστική υποδομή ARIS και τις υπηρεσίες του ΕΔΕΤ, ως την πλέον ενδεδειγμένη λύση για την υλοποίηση της έρευνας.

“H χρήση των υπερυπολογιστικών πόρων και υπηρεσιών του ΕΔΕΤ ήταν καταλυτική για την ολοκλήρωση των κλιματικών προβολών σε υψηλή χωρική κλίμακα (<15 Κm για την Ευρώπη και <3 Κm για υπο-περιοχές της Ευρώπης)” εξηγεί η Δρ. Κατράγκου. “H υψηλή χωρική ανάλυση στα αποτελέσματα ενός μοντέλου είναι απαραίτητη όταν πρέπει να εκτιμηθούν οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής σε τομείς όπως η Υγεία, η Γεωργία, η Βιοποικιλότητα, η Ενέργεια, ο Τουρισμός κλπ. Η εκτίμηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής είναι πολύ σημαντική γιατί αφορά στη διατήρηση της ποιότητας ζωής και την ασφάλεια των ανθρώπων, τη διατήρηση του περιβάλλοντος, ενώ συχνά συνδέεται με τεράστιες οικονομικές επιπτώσεις. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεωνiv αποτελούν κομμάτι της Ευρωπαϊκής δράσης EURO-CORDEXv, που υποστηρίζεται από το Παγκόσμιο Πρόγραμμα Έρευνας του Κλίματοςvi.”

clim3

Εικόνα 3 Μεταβολή της μέσης θερμοκρασίας σε σχέση με το διάστημα αναφοράς 1976-2005 πάνω από τη Νότια Ευρώπη με βάση τις κλιματικές προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν στο ΕΔΕΤ στο πλαίσιο του προγράμματος Regina, 1st production call. Το γκρι χρώμα αφορά στο παρόν κλίμα (μέχρι το 2017). Οι τελείες αναφέρονται στις μέσες ετήσιες τιμές θερμοκρασίας, και η γραμμή στον 5ετή κυλιόμενο μέσο όροi vII.


Για την παραγωγή των αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκαν, 1.129.211 υπολογιστικές ώρες στo σύστημα ARIS. Η μέγιστη κλιμάκωσή της ερευνητικής εφαρμογής, δηλαδή ο μέγιστος αριθμός υπολογιστικών πυρήνων που χρησιμοποιήθηκαν ταυτόχρονα από μια διεργασία ήταν 640 πυρήνες.

Η υποδομή HPC του ΕΔΕΤ μπορεί να υποστηρίξει δράσεις μεγάλης κλίμακας στο πεδίο της μελέτης του κλίματος και της κλιματικής αλλαγής. Παράλληλα δίνει την ευκαιρία στους ακαδημαϊκούς φορείς να συμμετέχουν σε διεθνείς δράσεις και να συμβάλλουν στην προώθηση των σχετικών ερευνητικών ερωτημάτων με ίδιους πόρους. Μακροπρόθεσμα συμβάλλει στη δικτύωση των ελληνικών ακαδημαϊκών φορέων με αντίστοιχα κέντρα αναφοράς του εξωτερικού, και δίνει την ευκαιρία για υψηλού επιπέδου ακαδημαϊκή δράση και εκπαίδευση νέων επιστημόνων.

Παραπομπές

i http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2006GL025734/abstract

ii http://www.ipcc.ch/

iii http://www.cordex.org/

iv http://www.geosci-model-dev.net/8/603/2015/gmd-8-603-2015.html

v http://euro-cordex.net/

vi https://www.wcrp-climate.org/

vii Σοφιάδης Ιωάννης, 2017, Mελέτη της κλιματικής αλλαγής πάνω από την Ευρώπη για τον 21ο αιώνα με τη χρήση περιοχικής κλιματικής προσομοίωσης οδηγούμενης από το σενάριο RCP8.5, Μεταπτυχιακή Διπλωματική Ειδίκευσης, Τομέας Μετεωρολογίας και Κλιματολογίας, Τμήμα Γεωλογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.