Ξεκινά η "Χρυσή Εποχή" των Κλιματικών Προσομοιώσεων

Το 2021, η Ελλάδα γνώρισε μια εκτεταμένη περίοδο υψηλών θερμοκρασιών και έλλειψης βροχοπτώσεων. Το καλοκαίρι του 2022 η Δυτική Ευρώπη βίωσε πρωτόγνωρα κύματα καύσωνα. Την ίδια ώρα, σημειώθηκαν πρωτοφανείς πλημμύρες στη Γερμανία και τεράστιες δασικές πυρκαγιές στη Γαλλία. Είναι αυτά τα γεγονότα μέρος της βίαιης έναρξης της ανθρωπογενούς υπερθέρμανσης για την οποία έχουμε προειδοποιηθεί; Πότε και πού θα γίνουν στη συνέχεια; Οι επιστήμονες του κλίματος τείνουν να δυσανασχετούν. Απλώς δεν ξέρουμε - ακόμα.

Για σχεδόν 6 δεκαετίες, τα κλιματικά μοντέλα έχουν επιβεβαιώσει αυτό που μας έχει ήδη πει η φυσική: Η αυξημένη συγκέντρωση αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα θερμαίνει τον πλανήτη. Δεκάδες μοντέλα, που παράγονται από ερευνητικά ιδρύματα σε όλο τον κόσμο, έχουν δώσει ορατή μορφή σε αυτό που βιώνουμε: time-lapse χάρτες του πλανήτη που χρωματίζονται με κίτρινο και πορτοκαλί, και με έντονο κόκκινο χρώμα, αιώνιοι πάγοι που εξαφανίζονται κάτω από τα δυσοίωνα περιγράμματα των γραφικών με τιμές θερμοκρασίας...

Η Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) αποφάσισε ότι είναι μια κρίσιμη στιγμή για την αποφυγή χειρότερων αποτελεσμάτων στο μέλλον και οι κυβερνήσεις απαντάνε: "Είμαστε πεπεισμένοι - τώρα τι κάνουμε;"

Τα σημερινά κλιματικά μοντέλα μας δείχνουν πώς θερμαίνεται ο πλανήτης αλλά όχι πώς αυτό θα επηρεάσει τον καιρό σε μια δεδομένη πόλη ή ακόμα και χώρα. Επειδή τα κλιματικά μοντέλα βασίζονται, κατά μία έννοια, σε μέσους όρους, δεν μπορούν να προβλέψουν τα ακραία γεγονότα - εκείνα τα ακραία γεγονότα με τις περισσότερες πιθανότητες καταστροφής και αυτά για τα οποία χρειάζεται περισσότερο να προετοιμαστούμε. Αλλά τα τρέχοντα μοντέλα δεν μπορούν καν να προσδιορίσουν εάν ορισμένα μέρη θα αντιμετωπίσουν περισσότερες ξηρασίες ή πλημμύρες, εάν οι κυβερνήσεις θα πρέπει να κατασκευάσουν δεξαμενές ή αναχώματα.

Δεν είναι ότι δεν έχουμε τα δεδομένα - απλώς δεν έχουμε τη δύναμη να τα επεξεργαστούμε αρκετά γρήγορα για να προβλέψουμε τις αλλαγές προτού γίνουν παλιά είδηση. Και σε αντίθεση με τη βραχυπρόθεσμη πρόβλεψη καιρού, η πιο μακροπρόθεσμη πρόβλεψη του κλίματος περιλαμβάνει την ενσωμάτωση πολλών περισσότερων φυσικών διεργασιών, όπως ο κύκλος του άνθρακα, η ανάδραση του νέφους και η βιογεωχημεία. «Όλα αυτά καταναλώνουν υπολογιστικό χρόνο» δήλωσε ο Tim Palmer, καθηγητής της Βασιλικής Εταιρείας στη Φυσική του Κλίματος και συνεργάτης στο Oxford Martin School.

Αυτό πρόκειται να αλλάξει. Φέτος σημειώθηκε ένα ορόσημο στους υπερυπολογιστές, όταν ο πρώτος υπολογιστής εξάκλιμακας (exascale) στον κόσμο - ικανός για ένα πεμπτοκατομμύριο (10¹⁸) υπολογισμούς ανά δευτερόλεπτο - κυκλοφόρησε στις Ηνωμένες Πολιτείες. Για πρώτη φορά, επιστήμονες όπως ο Palmer είπαν, πρόκειται να μπορέσουν να μοντελοποιήσουν το κλίμα σε κάτι κοντά στην κλίμακα στην οποία συμβαίνουν οι φυσικές διεργασίες στην ατμόσφαιρα.

Το ευρωπαϊκό πρόγραμμα NextGEMS (Next Generation Earth Modelling Systems) δοκιμάζει το κλιματικό μοντέλο της συζευγμένο μεταξύ ωκεανού και ατμόσφαιρας, σε χωρική ανάλυση 2,5 χιλιομέτρων για λίγους μήνες. Ιάπωνες ερευνητές εργάζονται σε μοντέλα που "τρέχουν" με χωρική ανάλυση μόλις μερικές εκατοντάδες μέτρα παγκοσμίως. Μέχρι στιγμής, τίποτα από αυτά δεν εφαρμόζονταν σε έναν υπολογιστή exascale, αλλά μόνο στους υπολογιστές petascale - λιγότερο από το μισό ταχύτερους - που λειτουργούν αυτήν τη στιγμή στην Ευρώπη και την Ιαπωνία.

Τα κλιματικά μοντέλα με επίκεντρο την ατμόσφαιρα εκτελούνται τώρα με ανάλυση 3 χιλιομέτρων στον Frontier, τον πρώτο υπολογιστή εξάκλιμακας στον κόσμο, στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στο Τενεσί. Το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) έχει αναπτύξει ένα πρόγραμμα παρόμοιο με το DestinE τα τελευταία 10 χρόνια, προετοιμάζοντας να έχει έτοιμο το μοντέλο του συστήματος για το Κλίμα και τη Γη για αυτήν τη στιγμή. Το έργο, γνωστό ως E3SM, για το Energy Exascale Earth System Model, είναι ειδικά προσανατολισμένο σε ζητήματα που είναι σημαντικά για την DOE, όπως το πώς η παραγωγή βιοενέργειας θα επηρεάσει τη χρήση γης και με τη σειρά της να επηρεάσει το κλιματικό σύστημα.

Η Frontier αναμένεται να είναι σε θέση να παράγει δεδομένα κλιματικού μοντέλου 3 χιλιομέτρων προσομοίωσης έτους σε λιγότερο από μία ημέρα. Αλλά ακόμη και το E3SM θα χρειαστεί να μοιράζεται χρόνο στο Frontier με τις άλλες εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων της DOE, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που προσομοιώνουν πυρηνικές εκρήξεις. Τέτοιες ανάγκες εθνικής ασφάλειας έχουν παραδοσιακά προτεραιότητα, αλλά οι κυβερνήσεις παρακολουθούν και προβλέπουν τα αποτελέσματα της κλιματικής αλλαγής ως ζητήματα εθνικής ασφάλειας.