Природные катастрофы:

Водная стихия настигла Италию в 2011

News image

Конец октября текущего года стал неудачным для Италии. Ливни, накрывшие Аппенинский полуостров, привели к значительным наводнениям. Улицы Италии были залиты водо...

Путин потребовал исключить повторения ситуации с ЧС 201

News image

Около триллиона российских рублей оценивается ущерб от стихии в 2010 году, такой итог был подведен в апреле 2010 года Мин...

Землетрясение на северо-западе Китая 14 апреля 2010 г

News image

Землетрясение магнитудой 7,1 произошло 14 апреля в провинции Цинхай на северо-западе КНР. По данным Государственного сейсмологического управления КНР, подземные толчки были за...

Снегопады в Алжире в январе 2005 года

News image

27.01.2005 года на Алжир обрушились сильные снегопады и штормовые ветры, которые к гибели 13 жителей Алжира, еще 47 человек получили ра...

Главная - Тропические циклоны - Моделирование хаоса




Моделирование хаоса

Сводка - Тропические циклоны

моделирование хаоса

Даже самые точные современные компьютерные модели для предсказания погоды несовершенны, однако они могут оказаться весьма полезными при изучении циклонов. Для составления прогнозов применяются числовые методы моделирования развития циклона. Компьютер последовательно рассчитывает показатели атмосферных условий, соответствующих дискретным моментам времени. Предполагается, что общее количество энергии, импульса и влаги в рассматриваемом атмосферном образовании остается неизменным. Правда, на границе системы ситуация несколько сложнее, т.к. приходится учитывать влияние внешней среды.

При построении моделей состояние атмосферы определяют по полному перечню переменных, характеризующих давление, температуру, относительную влажность, скорость и направление ветра. Количественные показатели соответствуют моделируемым физическим свойствам, которые подчиняются закону сохранения. В большинстве метеорологических моделей рассматриваются значения перечисленных переменных в узлах трехмерной координатной сетки. Конкретный набор значений всех параметров во всех точках сетки называется состоянием модели, которое вычисляется для последовательных моментов времени, разделенных небольшими промежутками - от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от разрешающей способности модели. Учитывается движение ветра, процессы испарения, выпадения осадков, влияние поверхностного трения, инфракрасного охлаждения и нагревания солнечными лучами.

К сожалению, метеорологические прогнозы несовершенны. Во-первых, начальное состояние модели всегда неполно и неточно, т.к. определить его для ураганов крайне сложно, поскольку проведение непосредственных наблюдений затруднено. Космические снимки отображают сложную структуру урагана, но они недостаточно информативны. Во-вторых, атмосфера моделируется только по узлам координатной сетки, а располагающиеся между ними мелкие детали не включаются в рассмотрение. Без высокой разрешающей способности смоделированная структура самой важной части урагана - стены глаза бури и прилегающих к ней областей - получается неоправданно сглаженной. Кроме того, в математических моделях таких хаотических явлений, как атмосфера, быстро накапливаются вычислительные ошибки.

Для проведения наших исследований мы модифицировали эффективно использующуюся для прогнозов схему инициализации - четырехмерную систему ассимиляции данных (four-dimensional variational data assimilation, 4DVAR). Четвертое измерение, присутствующее в названии, - это время. Исследователи из Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды, одного из крупнейших метеорологических центров мира, используют эту усложненную технологию для ежедневного предсказания погоды.

Сначала система 4DVAR ассимилирует данные, т.е. объединяет показания, полученные со спутников, кораблей и измерительных приборов на море и в воздухе, с данными предварительного прогноза состояния атмосферы, основанного на фактической информации. Предварительный прогноз дается на шесть часов с момента снятия показаний метеоприборов. Данные, поступающие с наблюдательных пунктов, не накапливаются в течение нескольких часов, а сразу обрабатываются. Объединенные данные наблюдений и предварительного прогноза используются для вычисления следующего шестичасового прогноза.

Теоретически такая комплексная информация точнее всего отражает истинное состояние погоды, поскольку результаты наблюдений и гипотетические данные корректируют друг друга. Хотя статистически этот метод вполне обоснован, исходное состояние модели и информация, необходимая для его успешного применения, все равно остаются приблизительными.

Система 4DVAR находит такое состояние атмосферы, которое, с одной стороны, удовлетворяет уравнениям модели, а с другой - оказывается близким как к прогнозируемой, так и к наблюдаемой обстановке. Для выполнения задачи проводится корректировка первоначального состояния модели в соответствии с изменениями, произошедшими за шесть часов наблюдений и моделирования. В частности, выявленные различия используются для вычисления реакции модели - как небольшие изменения каждого из параметров влияют на степень соответствия показателей моделирования и наблюдений. Расчет с помощью так называемой сопряженной модели ведется в обратном порядке через шестичасовые промежутки времени. Затем программа оптимизации выбирает наилучший вариант поправок к первоначальному состоянию модели, чтобы результаты дальнейших расчетов наиболее точно отражали реальное развитие процессов в урагане.

Поскольку корректирование выполняется методом аппроксимации уравнений, то вся процедура - моделирование, сравнение, вычисление с помощью сопряженной модели, оптимизация - должна повторяться до получения точно выверенных результатов, которые становятся основой для составления предварительного прогноза на следующий шестичасовой период.

Построив модель уже прошедшего урагана, мы можем изменять его характеристики в любой момент времени и наблюдать за последствиями внесенных возмущений. Оказалось, что на формирование бури влияют только самоусиливающиеся внешние воздействия. Представьте пару камертонов, один из которых вибрирует, а второй находится в спокойном состоянии. Если они настроены на разные частоты, то второй камертон не шелохнется, несмотря на воздействие звуковых волн, испускаемых первым. Но если оба камертона настроены в унисон, второй войдет в резонанс и начнет колебаться с большой амплитудой. Так же и мы пытаемся настроиться на ураган и отыскать подходящее стимулирующее воздействие, которое привело бы к желаемому результату.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Горячие темы:

News image

Цунами

“После того как около Авачи, также на Курильской Лопатке и на островах было страшное землетрясение с чрезвычайным наводнением, которое следующим образом происходило: октября 6 числа помянутого 1737 году пополуночи в тр...

News image

Ртуть: уборка безопасным способом

Множество людей по всему миру широко применяют ртуть в качестве определения основных признаков простуды или подобных заболеваний. Речь идет о прекрасно известных всем ртутных градусниках. В том случае, если ртутный ...

News image

О том, как убрать безопасно ртуть

Преимущественное количество людей в нашей стране и не только широко применяют ртуть для быстрого определения основных признаков простудных и других болезней. Для точности стоит отметить, что это ртутные градусники, которые ...

News image

Разбился ртутный термометр? Мы знаем, что делать

Преимущественное количество людей по всему миру широко применяют ртуть для быстрого определения основных признаков простуды или подобных заболеваний. Эти удивительные механизмы представляют собой ртутные градусники, которые при болезни применяли, наверное, ...

News image

Градусник с ртутью: что делать, если разбился

Одним из самых опасных химических элементов, который применяется в медицине и быту массово, является ртуть. Речь идет о хорошо знакомым каждому, кто хоть раз болел простудой, ртутных градусниках. Признак отравления ...

Вулканизм:

В Индонезии началось извержение вулкана

News image

Джакарта, 6 августа. Один из наиболее активных вулканов Индонезии, находящийся на одном из островов Сулавеси, начал извержение. Как передает ВВС, об...

Исландский вулкан вновь заявил о себе, но аэропорты пок

News image

Рейкьявик, 11 мая. Исландский вулкан вновь заявил о себе, сообщает «Российская газета». Выброс нового облака пепла заставил отменить в Европе поч...

Некоторые британские аэропорты возобновляют полеты

News image

Лондон, 17 мая. Аэропорты Манчестера, Ливерпуля, Лидса и Прествика вновь открываются для полетов. Как сообщает Guardian, часть лондонских аэропортов...

В Европе вновь отменены сотни авиарейсов из-за исландск

News image

Москва, 18 мая. Из-за извержения исландского вулкана в Европе вновь отменены сотни авиарейсов, преимущественно в Великобританию и Ирландию. Как сооб...

Авторизация



Хроника событий:

В Чили произошло землетрясение силой 7,7 балла. Две жертвы,

News image

14.11.07 Сильное землетрясение магнитудой 7,7 балла по шкале Рихтера произошло в среду на севере Чили. Весь север страны после землетрясения остался...

Во Владивостоке начал работу Центр цунами

News image

Владивосток, 26 марта. Теперь жители Приморья смогут оперативно узнавать о приближении «большой волны» - во Владивостоке начал работу Центр цунами. ...

Новые оползни

News image

В Китае проливные дожди могут сорвать спасательные работы в провинции Ганьсу. Там число погибших в результате оползней превышает тысячу человек, сот...

На Урале горят леса

News image

Из-за того, что случалось много природных пожаров, был уничтожен лес (около четырех тысяч гектаров). Пожары затронули четыре региона Уральского феде...

Берингово море взволновали подземные толчки

News image

Москва, 25 июля. В Беринговом море сегодня ночью произошло землетрясение магнитудой 5,3. По данным Геофизической службы Российской академии наук, те...

Виды лесных пожаров

News image

В основном пожары разделяются на верховые, почвенные и низовые. Если возник низовой пожар, то это означает, что горит сама подстилка, то есть трава...