Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы, Лыкосов В.Н., 2012

Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы, Лыкосов В.Н., 2012.

   В книге излагаются базовые основы построения математических моделей при решении задач физики климатической системы, приводятся методы их конечномерной аппроксимации и возникающие при этом основные численные алгоритмы, обсуждаются суперкомпьютерные технологии численной реализации моделей. В качестве иллюстрации изложенных подходов рассматриваются: задача моделирования течения вязкой несжимаемой жидкости в областях сложной конфигурации, проблема вихреразрешающего воспроизведения динамики геофизических пограничных слоев, задача моделирования региональных особенностей атмосферной циркуляции, проблема воспроизведения современного климата и оценки его возможных в будущем изменений. Книга рассчитана на специалистов в области наук о климатической системе Земли, преподавателей, аспирантов и может быть использована в качестве учебного пособия для студентов естественнонаучных специальностей.




Базовые принципы построения геофизических моделей.
Состояния климатической системы изменяются со временем и в этих изменениях можно выделить два типа составляющих (Монин. 1982). К первому из них относятся вариации со строго определенными периодами, включающими: (1) суточные колебания, обусловленные суточными изменениями инсоляции вследствие вращения Земли. (2) приливные колебания, связанные с гравитационными воздействиями Луны и Солнца на вращающуюся Землю и (3) сезонные колебания и связанные с ними муссонные эффекты, вызываемые изменениями инсоляции при движении Земли вокруг Солнца. Демонстрируя наибольшие вариации, сезонный и суточный циклы являются наиболее ярким проявлением вынужденной изменчивости климатической системы, обусловленной астрономическим фактором. Изменения в амплитуде и фазе отклика климатической системы на эти внешние воздействия можно рассматривать как индикатор изменений климата.

Второй тип изменений климатической системы со временем характеризуется интенсивными нерегулярными колебаниями, обусловленными внутренними нелинейными взаимодействиями параметров ее состояния, и включает следующие составляющие: (i) синоптические колебания с масштабами ~ 103 км и периодами в несколько суток - в атмосфере и с масштабами ~ 102 км и периодами в несколько недель - в океане, (и) глобальные колебания с периодами от недель до месяцев, включая примерно двухнедельный цикл индекса зональной циркуляции атмосферы в средних широтах и 30-60-дневные колебания в тропиках, и (iii) межгодовые колебания с наибольшей интенсивностью в диапазоне периодов 2-5 лет, в частности, квазидвухлетние вариации зонального ветра в экваториальной атмосфере и явление Эль-Ниньо в восточной части экваториальной зоны Тихого океана.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ОСНОВА ИССЛЕДОВАНИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
1.1. Основные компоненты климатической системы и их взаимодействия.
1.2. Базовые принципы построения геофизических моделей.
1.3. Основные уравнения гидротермодинамики крупномасштабных процессов.
1.4. Вертикальные координаты.
1.5. Разделение масштабов и региональные модели.
1.6. Вихреразрешающие модели турбулентности.
ГЛАВА 2. ПАРАМЕТРИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОДСЕТОЧНЫХ МАСШТАБОВ.
2.1. Пограничный слой атмосферы.
2.2. Процессы обмена в приземном слое атмосферы.
2.3. Взаимодействие атмосферы с сушей и криосферой.
2.4. Химия атмосферы и радиационные процессы.
2.5. Облачность и конвекция.
2.6. Гравитационно-волновое сопротивление и ионное трение.
ГЛАВА 3. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
3.1. Основные методы дискретизации уравнений математической физики.
3.2. Некоторые вычислительные аспекты моделирования климатических процессов.
3.3. Пример построения вычислительной технологии для моделирования локальной циркуляции.
3.4. Специфика вычислительной технологии для области со сложной геометрией.
ГЛАВА 4. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ.
4.1. Суперкомпьютер как инструмент численного моделирования в физике климатической системы.
4.2. Технологии параллельного программирования.
4.3. Реализация моделей на вычислительных системах с распределенной памятью.
4.4. Прямые методы решения систем линейных алгебраических уравнений.
4.5. Итерационные методы.
4.6. Проблемы масштабируемости на разных вычислительных архитектурах.
ГЛАВА 5. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ФИЗИКИ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.
5.1. Течение вязкой несжимаемой жидкости в областях сложной конфигурации.
5.2. Вихреразрешающее моделирование геофизических пограничных слоев.
5.3. Мезомасштабные процессы.
5.4. Моделирование климата и его изменений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.



Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы, Лыкосов В.Н., 2012 - fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России.Купить эту книгу


Скачать - pdf - Яндекс.Диск.




Теги: учебник по информатике :: информатика :: компьютеры :: Лыкосов