Статистическая симуляция может быть эффективной в моделировании климатических изменений
06 марта 2013 года, 20:08 |
Текст: Александр Березин
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 (), профессор физики из (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.
Результаты применения классической модели изменения атмосферных условий (слева) и ранних вариантов статистической модели (справа) (иллюстрация Marston lab / Brown University).
«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.
Отчёт об исследовании принят к публикации в журнале .
