суперкомпьютерный семинар
Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности
Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности

Программа семинара
19 февраля 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Мусин А.И., студент
Самойлов В.Н., к.ф.-м.н., доцент
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

а) Моделирование процессов эмиссии с поверхности монокристалла и исследования эффектов фокусировки

К настоящему времени опубликовано значительное число исследований анизотропии двумерного углового распределения атомов, распыленных с поверхности низкоиндексных граней монокристалла под действием ионной бомбардировки, являющейся одним из сложных эффектов, отражающих анизотропию структуры поверхности кристаллов. Картина углового распределения распыленных атомов чувствительна к типу облучаемой ионами грани кристалла. Важным в теории распыления является вопрос, какой механизм является ответственным за формирование особенностей двумерного углового распределения атомов, распыленных с поверхности монокристалла, в том числе с разрешением по энергии. В проекте “Исследование механизмов эмиссии атомов с поверхности монокристаллов” исследуется вклад фокусированных и перефокусированных атомов в формирование распределений распыленных атомов по углам и энергии, изучается вопрос о выделении перефокусированных атомов в общем сигнале эмитированных атомов. Также изучаются изменения распределения распыленных атомов с разрешением по углам и энергии при переходе грани (001) Ni из парамагнитного состояния в ферромагнитное. С помощью компьютерного моделирования методом молекулярной динамики исследованы особенности фокусировки и перефокусировки атомов, распыленных с поверхности грани (001) Ni. Показано, что при переходе кристалла из парамагнитного в ферромагнитное состояние наблюдается уменьшение числа фокусированных и перефокусированных распыленных атомов. Изучена эволюция распределений распыленных атомов с одновременным разрешением по энергии и полярному углу при изменении азимутального угла и энергии связи атомов на поверхности. Для решения перечисленных выше задач, из-за их вычислительной сложности, использование суперкомпьютерной техники является необходимым условием получения новых результатов.

Мусин А.И., Широкорад Д.В., Дуда Е.В., Ермоленко А.А., Самойлов В.Н., Корнич Г.В.
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Запорожский национальный технический университет

б) Моделирование процессов в наноразмерных атомных структурах под действием частиц низких энергий методом молекулярной динамики

В эпоху миниатюризации электронных устройств возрастает практическая необходимость в исследовании свойств наноразмерных атомных структур. В настоящее время без использования действительно мощных суперкомпьютеров невозможно провести сколько-нибудь серьезное исследование. Суперкомпьютерные расчеты используются как для первичного отбора наносистем с необходимыми характеристиками и свойствами, так и для моделирования конкретной наносистемы. В рамках проекта “Молекулярно-динамическое моделирование процессов в наноразмерных атомных структурах” проводится поиск и отработка методик по созданию наносистем с заданными характеристиками и физико-химическими свойствами путем компьютерного моделирования конкретных наносистем. Выполнено молекулярно-динамическое моделирование процесса бомбардировки двудольных металлических кластеров медь-золото, медь-висмут, алюминий-никель, которые состоят из однокомпонентных долей с одинаковым числом атомов, под действием низкоэнергетических частиц Ar1, Ar2, Ar13, результатом которого является формирование оболочечных и других родственных им наноструктур в течение 100 и 500 пс. Рассмотрен подход к построению смещенного потенциала для гипердинамического, температурно-ускоренного и комбинированного моделирования атомных систем. Данные подходы позволяют получать статистические выборки термоактивированных переходов атомных систем между состояниями, сходные с теми, которые дает классическая молекулярная динамика. При этом, предложенные подходы демонстрирует значительное вычислительное ускорение с сохранением достаточной для анализа результатов точности вычислений.

2. 17:15-18:00

Платонов В.С., с.н.с., к.г.н.
Кислов А.В., проф., д.г.н.
Варенцов М.И., м.н.с.
Ривин Г.С., проф., д.ф.-м.н.
Константинов П.И., ст.преп., к.г.н.
Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Гидрометцентр России

Региональное моделирование климата и экстремальных явлений погоды - использование суперкомпьютерных технологий

Современное климатическое моделирование достигло такого уровня, что этот метод может рассматриваться как синтетический инструмент, предоставляющий возможности для обобщения и развития представлений о состоянии природной среды, детализации процессов на региональном и даже микромасштабе. В современные климатические модели включается подробное описание механизмов обмена теплом, влагой, парниковыми газами, а также взаимодействия между приземным слоем воздуха, подстилающей поверхностью, почвой и растительными сообществами. Физико-математической основой модели климата является система уравнений гидротермодинамики (так называемые примитивные уравнения), основанные на законах Ньютона, сохранения энергии, массы и импульса, записанных применительно к вязкой сжимаемой жидкости, которой в хорошем приближении является атмосфера. Решение таких систем уравнений с детализацией до десятков км по горизонтали и сотен метров по вертикали, на временных масштабах до нескольких десятилетий является вычислительно очень затратной задачей, поэтому она реализуется на суперкомпьютерных комплексах.

Авторами используется региональная мезомасштабная негидростатическая модель COSMO-CLM v.5.0, которая разрабатывается консорциумом COSMO (Consortium for Small-scale Modeling), включающим в себя национальные службы прогноза погоды ряда стран, в том числе Росгидромет. Развитие климатической версии модели осуществляется в рамках международного научного сообщества CLM-Community (http://clm-community.eu), в которое входят и авторы. В докладе представляются результаты некоторых проведенных экспериментов, в частности, рассказывается о методе создания многолетнего архива гидрометеорологической информации для большого региона, приводится пример создания высокодетализированного архива комплексной информации о городской среде, с использованием специфических данных об урбанизированной подстилающей поверхности и дополнительных модельных блоков, и другие приложения регионального климатического моделирования.

Ссылки по теме работы:

1) Platonov Vladimir, Kislov Alexander, Rivin Gdaly, Varentsov Mikhail, Rozinkina Inna, Nikitin Mikhail and Chumakov Mikhail. Mesoscale atmospheric modelling technology as a tool for creating a long-term meteorological dataset. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 96, 2017.
2) М. И. Варенцов, Т. Е. Самсонов, А. В. Кислов, П. И. Константинов. Воспроизведение острова тепла Московской агломерации в рамках региональной климатической модели cosmo-clm. Vestnik Moskovskogo Unviersiteta, Seriya Geografiya, (6):25–37, 2017.
3) Varentsov, M.; Wouters, H.; Platonov, V.; Konstantinov, P. Megacity-Induced Mesoclimatic Effects in the Lower Atmosphere: A Modeling Study for Multiple Summers over Moscow, Russia. Atmosphere 2018, 9, 50.
4) Климат Москвы в условиях глобального потепления / под ред. Кислова А.В / Л. И. Алексеева, М. И. Варенцов, Е. В. Горбаренко и др. — Издательство Московского университета Москва, 2017. — С. 288.
5) С. А. Мысленков, В. С. Платонов, П. А. Торопов, А. А. Шестакова. Моделирование штормового волнения в Баренцевом море. Vestnik Moskovskogo Unviersiteta, Seriya Geografiya, (6):65–75, 2015.
6) М. И. Варенцов, П. С. Вереземская, Е. В. Заболотских, И. А. Репина. Оценка качества воспроизведения полярных мезоциклонов по данным реанализов и результатам регионального климатического моделирования. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 13(4):168–191, 2016.