Большинство климатических моделей анализирует погоду на больших отрезках времени довольно специфическим способом — «проигрывая её в уме», примерно как шахматная программа ходы. И каждая гроза, каждый циклон обсчитываются — что требует суперкомпьютеров и всё равно часто не даёт необходимой точности.
Брэд Марстон (Brad Marston), профессор физики из Университета Брауна (США), вместе коллегами попробовал применить для тех же задач климатической имитации принципиально иную модель — прямого статистического симулирования. Для начала он ограничился моделированием поведения струй жидкостей и газов. Струи, напомним, формируются в большинстве типов естественных процессов с участием жидкостей и газов, включая циклоны и иные процессы, свойственные атмосфере Земли.
«Представим, что вы обсчитываете поведение воздуха в комнате, — рассуждает исследователь. — Вы можете прогнать огромную суперкомпьютерную симуляцию всех позиций всех молекул и того, как они отскакивают друг от друга. Но ведь справедлив и такой подход: вы используете механизм статистического типа, описывающий их поведение в целом. И тогда, учитывая, что газ соблюдает простые законы, вы сможете написать: PV = nRT». Разумеется, второй метод требует несравнимо меньших вычислительных мощностей, что позволит применять высоко детализированное климатическое моделирование не в исключительных случаях, а буквально по факту — при наличии практической необходимости.
Словом, г-н Марстон сравнил два метода — описанный выше и традиционный подход с полной симуляцией. В качестве подопытной крысы был взят поток газа на поверхности замкнутой сферы (см. иллюстрацию). В итоге обе модели привели к весьма сходному количеству струй и силе воздушных потоков, показав, что статистическое моделирование всё-таки может быть использовано для обсчёта процессов в атмосфере, и это, как уже говорилось, значительно сократит требующиеся вычислительные ресурсы.
Правда, у нового подхода выявились некоторые ограничения: так, когда скорость добавления или удаления энергии из системы типа «жидкость — газ» становилась слишком большой, статистическая модель давала сбой. И профессор Марстон уже работает над этим.
Несмотря на то что проект по адаптации статистической модели к климатическим реалиям находится пока в самом начале пути, физик уже выложил образец использованного им ПО в общий доступ. Сейчас, по его словам, он занят усложнением модели, до сих пор рассматривающей гипотетическую атмосферу как не более чем двухслойную, что, разумеется, не соответствует реальному положению дел.
http://science.compulenta.ru/739652/
|
