Вычислительная геофизика
Вычислительная геофизика — это область исследований, которая использует любой тип численных вычислений для создания и анализа моделей сложных геофизических систем. Ее можно рассматривать как расширение или подполе как вычислительной физики , так и геофизики . В последние годы вычислительная мощность, доступность данных и возможности моделирования возросли в геометрической прогрессии, что сделало вычислительную геофизику более популярной дисциплиной. [1] Из-за большого объема вычислений для многих геофизических задач для выполнения анализа могут потребоваться высокопроизводительные вычисления. [2] Приложения вычислительной геофизики для моделирования включают атмосферное моделирование , моделирование океана , модели общей циркуляции и геологическое моделирование . Помимо моделирования, некоторые проблемы дистанционного зондирования относятся к сфере вычислительной геофизики, например томография , обратные задачи и 3D-реконструкция .
Геофизические модели [ править ]
Генерация геофизических моделей является ключевым компонентом вычислительной геофизики. Геофизические модели определяются как «физико-математические описания временных и/или пространственных изменений важных геологических переменных, полученные на основе принятых законов, теорий и эмпирических взаимосвязей». [3] Геофизические модели часто используются исследователями всех дисциплин науки об окружающей среде.
В науке о климате модели атмосферы, океана и общей циркуляции являются важнейшим резервом для исследователей. Хотя дистанционное зондирование постоянно обеспечивает все больше и больше измерений геофизических переменных на месте, ничто не может сравниться с временным и геопространственным разрешением данных, предоставляемых моделями. Хотя данные могут иметь проблемы с точностью из-за используемых методов экстраполяции, использование смоделированных данных является общепринятой практикой в климатических и метеорологических науках. Зачастую эти модели используются совместно с измерениями на месте.
Несколько известных моделей
- Проект реанализа NCEP/NCAR , модель атмосферы [4]
- Глобальная система прогнозирования , модель численного прогноза погоды. [5]
- HYCOM, общая модель циркуляции океана. [6]
Модели геологических систем часто используются в исследованиях, но по ним меньше общедоступных данных, чем у климатических и метеорологических моделей. Существует широкий спектр программного обеспечения, позволяющего осуществлять геомоделирование.
Дистанционное зондирование [ править ]
Геологическая служба США (USGS) определяет дистанционное зондирование как измерение какого-либо свойства путем передачи определенного типа излучения на расстояние и измерения испускаемого и отраженного излучения. Дистанционное зондирование может включать спутники, камеры и излучение звуковых волн. [7] Дистанционное зондирование по своей сути является типом косвенного измерения, а это означает, что для получения измерения интересующего свойства необходимо выполнить определенный тип вычислений. Для некоторых приложений эти вычисления могут быть очень сложными. Кроме того, анализ этих продуктов данных можно отнести к вычислительной геофизике.
Программы обучения [ править ]
В Канаде вычислительная геофизика предлагается в качестве университетской специальности в форме бакалавра наук (с отличием) при сотрудничестве с Карлтонским университетом . [8]
В другом месте в Университете Райса есть Центр вычислительной геофизики. [9] в то время как Принстонский университет , [10] университет Техасский , [1] и Калифорнийский технологический институт [11] есть подобные исследовательские центры. Эксперты, лаборатории, проекты, стажировки, программы бакалавриата, программы последипломного образования и/или объекты в программе существуют в Университете Квинсленда , Университете Вайоминга , Бостонском университете , Стэнфордском университете , Университете Упсалы , Университете штата Канзас , Университете Кингстона , Австралийском национальном университете , Калифорнийский университет в Сан-Диего , Вашингтонский университет , ETH Цюриха , Сиднейский университет , Аппалачский государственный университет , Университет Миннесоты , Университет Тасмании , Университет Бахрии , Государственный университет Бойсе , Мичиганский университет , Университет Оулу , Университет Юты и другие.
Лаборатории [ править ]
К федеральным организациям, изучающим или применяющим вычислительную геофизику, относятся
Ссылки [ править ]
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Вычислительные геонауки | Школа геонаук Джексона | Техасский университет в Остине» . www.jsg.utexas.edu . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Передовые исследовательские вычисления (ARC)» . www.usgs.gov . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ Слингерленд, Руди. (2011). Математическое моделирование динамических систем Земли: букварь . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691145136 . OCLC 857968920 .
- ^ «ESRL: PSD: Реанализ NCEP/NCAR 1» . www.esrl.noaa.gov . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Глобальная система прогнозов (GFS) | Национальные центры экологической информации (NCEI), ранее известные как Национальный центр климатических данных (NCDC)» . www.ncdc.noaa.gov . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «ХИКОМ» . www.hycom.org . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Что такое дистанционное зондирование и для чего оно используется?» . www.usgs.gov . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Интернет-календарь студентов Карлтонского университета на 2005–2006 годы» . www3.carleton.ca . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Рисовая земля, экологические и планетарные науки | Вычислительный центр наук о Земле (ESCC)» . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Домашняя страница | Теоретическая и вычислительная сейсмология» . tromp.princeton.edu . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Вычислительная геофизика — Сейсмологическая лаборатория Калифорнийского технологического института» . seismolab.caltech.edu . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ «Лаборатории исследования системы Земли NOAA» . www.esrl.noaa.gov . Проверено 20 ноября 2019 г.
- ^ Ково, Яэль (9 августа 2016 г.). «Отдел наук о Земле» . НАСА . Архивировано из оригинала 21 августа 2016 г. Проверено 20 ноября 2019 г.