महासागर मॉडल का विकास

कॉनर पर्ससेल द्वारा • 19 मार्च 2018

आज, चीजें साथ चले गए हैं

महासागर मॉडलर वास्तविक समुद्र के सटीक प्रस्तुतियों का अनुकरण करने के करीब हैं, और पिछले कुछ दशकों में उनके मॉडल अविश्वसनीय रूप से यथार्थवादी बन गए हैं, मौसम और लहर पूर्वानुमान से लेकर जलवायु तक और आंशिक अनुसंधान के लिए, और कम से कम नहीं, लापता खोज हवाई जहाज।

जीओएएमएआर हेल्महोल्त्स सेंटर फॉर ओशन रिसर्च कील, जर्मनी में, डॉ। जोनाथन दुर्गादुजू लगभग 10 वर्षों के लिए समुद्र के मॉडल के साथ काम कर रहे हैं। उस समय में उन्होंने उन मॉडलों में यथार्थवाद को बढ़ाने के लिए एक प्रवृत्ति देखी है जो वह उपयोग करता है

"वे वास्तविकता से मतलब है कि हम उन मॉडलों की क्षमता को सागर में प्रक्रियाओं को अनुकरण करने के लिए कहते हैं जो ज्ञात और ज्ञात हैं"। "जैसा कि कंप्यूटर तेजी से मिलता है, अलग-अलग तराजू में होने वाली अधिक महासागर प्रक्रियाओं को शामिल किया जा सकता है। और जैसा कि हम सागर प्रक्रियाओं के बारे में अधिक से अधिक समझते हैं, हम उन्हें अपने मॉडलों में शामिल करने के तरीकों के बारे में सोचने लग सकते हैं। "

विशेष रूप से, हालिया सालों में महासागर के मॉडल अधिक यथार्थवादी बन गए हैं क्योंकि उनकी प्राप्ति को सुलझाने की क्षमता के कारण। एडीज़ मेसस्केल घूमता वाली विशेषताएं हैं जो महासागर में अशांति के कारण होती हैं। पिछले दशक या उससे अधिक के रूप में, कम्प्यूटेशनल पावर और डेटा संग्रहण में तेजी से वृद्धि हुई है, समुद्र के मॉडल हल करने के लिए एडी अधिक व्यापक हो गए हैं।

दुर्गुडो बताते हैं कि समुद्र के मॉडलिंग में, आकार मामलों। वे कहते हैं, "महासागरीय वैज्ञानिकों को आम तौर पर अंतरिक्ष और समय में तराजू के बारे में बात करते हैं।" "अंतरिक्ष में, महासागर में प्रक्रियाएं मिलीमीटर से लेकर हजारों किलोमीटर तक के पैमाने पर होती हैं, और अस्थायी रूप से कई शताब्दियों तक होती हैं।"

मेसोस्केल शब्द सैकड़ों मील तक दसियों के क्रम पर संरचनाओं को दर्शाता है। इन संरचनाएं, जिसमें एडीडीज़ शामिल हैं, समुद्र में कई अलग-अलग फ़ंक्शन खेलते हैं। उदाहरण के लिए, एडीडीज़ कुछ जगहों पर पानी के लोगों को पकड़ लेते हैं और उन्हें दूसरे स्थान पर ले जाते हैं, और पोषक तत्व अमीर पानी पा सकते हैं जो स्थानीय स्तर पर जैविक गतिविधि को बढ़ावा देता है। इसलिए, समुद्र के मॉडल के लिए इन तराजू पर यथार्थवाद प्राप्त करने के लिए, eddies और अन्य संरचनाओं को प्रतिनिधित्व करने की आवश्यकता है।

"यह कहना नहीं है कि जो मॉडल इन संरचनाओं को अनुकरण नहीं करते वे बेकार हैं," दुर्गुडो कहते हैं। "किसी को उनकी सीमाओं के भीतर मॉडल की उपयोगिता की समझ और सराहना चाहिए।"

मॉडल संकल्प के साथ समस्या

वैश्विक महासागर का मॉडल बनाना स्वाभाविक मुश्किल है आधुनिक मॉडल के आधुनिक मूल-निपुण 'लाख-लाइन-ऑफ-कोड' बीहमथ के माध्यम से, आधुनिक मानक के आधार पर बहुत बुनियादी कंप्यूटिंग उत्पादों का इस्तेमाल करते हुए सबसे पहले मॉडल से समुद्र के मॉडल के विकास के इतिहास के दौरान, शोधकर्ताओं ने समस्याओं से निपटने के लिए संघर्ष किया है संकल्प का अर्थ भौगोलिक स्तर पर होता है, जिस पर एक मॉडल चलता है - जहां आपके ग्रिड संकल्प छोटे हैं, समुद्र के आपके प्रतिनिधित्व को बेहतर बनाते हैं।

प्रोफेसर सेर्गेई डैनिलोव के अनुसार, जो अल्फ्रेड वेगेनर इंस्टीट्यूट, ब्रेमेरहेवन, जर्मनी की जलवायु गतिशीलता डिवीजन में सागर के मॉडल के विकास पर काम करता है, मुख्य चुनौती हमेशा ऐसे मॉडल बनाने के लिए होती है जो जल जन विशेषताओं और प्रचलन को दर्शाती है जो हम वास्तविक में देखते हैं सागर।

"छोटे स्थानिक और अस्थायी रूपों में गति को मॉडल नहीं किया जा सकता है और इसलिए पैरामीटेट किया गया है," वे कहते हैं। "यह त्रुटियां पैदा करता है, जो समय के साथ जमा कर सकता है। इसलिए, मॉडलर इस संकल्प को बढ़ाकर, पैरामीलाइजेशन की निष्ठा को सुधारने या संख्यात्मक एल्गोरिदम में सुधार करने की कोशिश करते हैं। "

यह भावना पूर्व एमआईटी महासागर चिकित्सक कार्ल वायन्च की पुस्तक आधुनिक ऑब्ज़र्वेशनल भौतिक समुद्र विज्ञान में गूँजती हुई है, जहां लेखक बताते हैं कि कोई मॉडल पूर्ण संकल्प नहीं है। इसका मतलब है कि कुछ प्रक्रियाएं हमेशा छोड़ी जाती हैं - एक बाधा जो प्रकृति का सामना नहीं करता। वुन्स्क लिखते हैं, "उपयोगकर्ता को यह तय करना होगा कि उन प्रक्रियाओं को हटा देना महत्वपूर्ण है या नहीं।" "यहां तक ​​कि पूरी तरह संख्यात्मक रूप से अनुमानित समीकरणों का प्रतिनिधित्व करना संभव था, कंप्यूटर कोड में त्रुटियां हमेशा मौजूद हैं।"

MH370 के लिए खोज

फिर भी, जो वैज्ञानिक समुद्र के मॉडल के विकास में विशेषज्ञ हैं, वे पूर्णता के लिए अपनी खोज में बड़े पैमाने पर प्रगति कर चुके हैं। जुलाई 2015 में भारतीय महासागर में ला रेयूनियन द्वीप पर मलेशियन एयरलाइंस उड़ान एमएएच 370 लापता होने से एक फ्लैडरॉन (विमान विमान का हिस्सा), डॉ। दुर्गुदु और उनके सहयोगियों के पास एक शानदार विचार था। अपने अत्याधुनिक महासागर मॉडल का उपयोग करके, उन्होंने तर्क दिया कि विमान को दुर्घटनाग्रस्त हो जाने पर यह पता लगाने में मदद करना संभव है।

"केवल तथ्य यह है कि MH370 से संबंधित मलबे हिंद महासागर के समुद्र तटों पर पाए गए थे कि वे समुद्र की सतह पर महीनों के लिए तैरते हैं," वे कहते हैं। "सिद्धांत रूप में, सही जानकारी दी गई है, फ्लावेरॉन की शुरूआत की स्थिति का पता लगाने की आशा में, trajectories को सिम्युलेट किया जा सकता है, और इसलिए विमानों के स्थान पर कुछ प्रकाश डाला जा सकता है।"

और यह ठीक है कि उन्होंने क्या किया। उनके मॉडल का उपयोग करके और लैब्रांगियन विश्लेषण नामक एक विधि का उपयोग करके मलबे पर नज़र रखने के बाद, शोधकर्ता विमान के स्थान का अनुमान लगाने में सक्षम थे। दुर्गुडो ने 2016 के एक लेख में इस प्रक्रिया का वर्णन किया। "यह विचार यह था कि हम उड़ान के दुर्घटना स्थल को स्थापित करने के लिए समय पर वापस फ्लैडरॉन को ट्रैक करने के लिए एक सागर मॉडल का उपयोग कर सकते थे। लेकिन महासागर एक अराजक जगह है; यह किसी भी 'आभासी flaperon' पिछड़े समय के रास्ते अनुकरण करने के लिए कोई मतलब नहीं है इसलिए जुलाई 1 99 0 के मॉडल महीने के दौरान ला रेयूनियन द्वीप के चारों ओर पांच लाख आभासी मॉडल flaperons के पास रखा जब हम एक 'संख्या में ताकत' रणनीति है जो हम प्रयोग किया। "

और उनके परिणाम उल्लेखनीय थे। दुर्गुदु के मुताबिक, "जब एक सटीक स्थान को इंगित करना असंभव है, तो हमने पाया कि ऑस्ट्रेलिया के दक्षिण-पश्चिम की बजाय फ्लैपेरॉन की उत्पत्ति पश्चिम में हो सकती है। अधिक महत्वपूर्ण बात, हमारे विश्लेषण के आधार पर, संभावना है कि फ्लैपेरॉन ने प्राथमिकता खोज क्षेत्र से अपनी यात्रा शुरू की, जो 1.3 प्रतिशत से कम है। "

टीम ने अपने मॉडल का उपयोग करने के लिए यह निष्कर्ष निकाला था कि प्राथमिकता वाले क्षेत्र के खोज प्रयासों में विमान को खोजने में सफलता हासिल करने की संभावना बहुत कम थी। दरअसल, विमान आज भी लापता है, उड़ान MH370 का भाग्य एक रहस्य है।

[संपादक का नोट: लेखक के लेखन के बाद से, एमएच 370 की तलाश फिर से शुरू हुई है)

प्रौद्योगिकी ड्राइव मॉडल अग्रिम

महासागर के मॉडल के लिए आज इस स्तर पर परिष्कार तक पहुंच गए हैं, उनके विकास को चलाने वाले प्रौद्योगिकी को व्यापक स्तर पर लेना पड़ा है; सटीक डेटा प्राप्त करने के लिए समुद्र में तैनात अवलोकन संबंधी इकाइयों से, भविष्य के भविष्यवाणियों के लिए उपयोग किए जाने वाले अत्याधुनिक सुपर कंप्यूटरों के लिए।

प्रोफेसर डेनिलोव कहते हैं, "कम्प्यूटर हार्डवेयर साइड पर विकास से अधिक संसाधनों का उपयोग करने की अनुमति मिलती है," जिसका मतलब है कि हम उन प्रक्रियाओं को स्पष्ट रूप से हल कर सकते हैं जो कि पहले से पैरामीटर किए गए थे। आशा है कि नई कम्प्यूटेशनल प्रौद्योगिकियों में GPUs शामिल हैं - ग्राफिक्स प्रोसेसिंग इकाइयां - मॉडल थ्रूपूट की वृद्धि होगी। "

"भौतिक पक्ष में," वे कहते हैं, "आधुनिक डेटा के माध्यम से नए डेटा उपलब्ध होते जा रहे हैं, मॉडलों में उपयोग किए जाने वाले पैरामीटर को बेहतर ट्यून करने या बाधित करने में मदद करते हुए। उपग्रह altimetry और Argo फ्लोट्स विशेष महत्व के हैं। "

लेकिन दानिलोव बताते हैं कि वर्तमान में कम्प्यूटेशनल पावर की प्रगति मुख्य चालक है। एक उच्च संकल्प पर वैश्विक मॉडल चलाना - लगभग एक किलोमीटर ग्रिड का आकार - पहले से संभव है, इसका अर्थ है कि उस स्तर तक प्रक्रियाएं हल हो रही हैं।

वे कहते हैं, "मॉडल जो मेसोस्काले गति को हल करते हैं, वह निकट भविष्य में एक वास्तविकता बन जाएगा।" "लेकिन ऐसा मॉडल चलाता है अभी भी बहुत जटिलतापूर्ण है, जिसका अर्थ है कि वे बहुत सारे डेटा को चलाने और उत्पन्न करने में बहुत समय लेते हैं इसलिए, भेद इस सिद्धांत के बीच किया जाना चाहिए कि सिद्धांत में क्या संभव है, और क्या एक शोध उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। "

वास्तव में उनका मानना ​​है कि महासागर मॉडलिंग का भविष्य मौसम की भविष्यवाणी के समान मार्ग का अनुसरण कर सकता है, जहां मॉडल रनों के मॉडल समुद्र के कई संभावित भविष्य के राज्यों के लिए महसूस करने के लिए किए जाते हैं - न सिर्फ एक।

"समस्या यह है," वह कहते हैं, "यहां तक ​​कि संपूर्ण प्रारंभिक आंकड़ों के साथ, भविष्यवाणी की क्षितिज है, क्योंकि निश्चित समय के बाद, भविष्यवाणी अधिक कठिन हो जाती है। महासागर में जटिल आंतरिक गतिशीलता है - जो अराजक हैं - और इसलिए एक संख्यात्मक रूप से नकली सागर समय के साथ टिप्पणियों से अलग हो जाएगा। "

"बेहतर संख्यात्मक और पैरामीटरजेशन सागर की भविष्यवाणी का मतलब राज्य और परिवर्तनशीलता में सुधार होगा," वे कहते हैं। "लेकिन समग्र कम्प्यूटेशनल प्रयास बल्कि बड़ा है।"

"इसलिए महासागर को अनुकरण करने की हमारी क्षमता में सुधार होगा, लेकिन धीरे-धीरे।"

(जैसा मर्च 2018 संस्करण में प्रकाशित किया गया था मरीन टेक्नोलॉजी रिपोर्टर )