Upload
gwylan
View
51
Download
3
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Eesti Geofüüsika 2005. Atmosfäär-Meri süsteemide modelleerimine Rein Tamsalu , Tartu Ülikooli Eesti Mereinstituut. Tamsalu, R ., Zakharov, V., Zalesny, V., Zaslavskii, M., Rõõm, R ., Kuosa, H., Hongisto, M., Kabatchenko, I., Ansper, I., Aps, R., Männik, A., Luhamaa, A ., - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Eesti Geofüüsika 2005
Atmosfäär-Meri süsteemide modelleerimine
Rein Tamsalu,
Tartu Ülikooli Eesti Mereinstituut
Tamsalu, R., Zakharov, V., Zalesny, V., Zaslavskii, M., Rõõm, R., Kuosa, H., Hongisto, M., Kabatchenko, I., Ansper, I.,
Aps, R., Männik, A., Luhamaa, A., 2005, Atmosphere-Sea-Hydrodynamic-Ecological modelling in the Baltic Sea. IMEMS-2005 Seminar Proceeding, Coupled Model1 Systems, 4-37
Submitted to Coastal and Shelf Science
Heino Tooming Horisont 4/2005kirjutab
Teame, et maailm on ühtne ja keeruline ning suur on ahvatlus mõista looduse mitmekesisust.
Seni on teadus püüdnud valdavalt lahutada maailma koostisosadeks, et nende kaudu uurida looduse olemust. Kuid terviksüsteemidel on omadusi, mis puuduvad looduse osistel ja ilmnevad alles siis, kui üksikelemendid ühinevad süsteemideks.
Terviksüsteemide matemaatilised mudelid
Alates John von Neumannist (1950) on püütud nii atmosfääri kui ka mere koostisosi modelleerida arvutitel.
Arvutite ja mudelite arenedes on hakatud neid osamudeleid ühildama liikudes sellega tasa-tasa looduse osistelt mudelitelt terviksüsteemi poole.
Eesti, Soome ja Vene teadlased on koostanud atmosfäär-mere-hüdro-ökoloogilste mudelite süsteemi FRESCO, mis liigub samuti osade liitmise suunas, arendades samaaegselt osamudeleid tervikust lähtuvalt.
FFFRESCO FORECASTING MODELS SYSTEM
Atm.-Sea-Hydro-Ecological Models SystemIlmaennustusmudel HIRLAM Soome Met. InstIlmaennustusmudel HIRLAM Soome Met. Inst
Atm. Reostuse MudelSoome Met. Inst
Atm. Reostuse MudelSoome Met. Inst
Tuulelainete MudelOkeanoloogia Inst.
Moskva
Tuulelainete MudelOkeanoloogia Inst.
Moskva
Meso-Mas. MereTsirkulatsiooni MudelNumbrilise Mat. Inst (Moskva)
TÜ EMI
Meso-Mas. MereTsirkulatsiooni MudelNumbrilise Mat. Inst (Moskva)
TÜ EMI
Mere Ökol. MudelTÜ EMI
HÜ
Mere Ökol. MudelTÜ EMI
HÜ
Meso-Mas. Atm. MudelTU - EMHI
Meso-Mas. Atm. MudelTU - EMHI
k- Turbulentsi
MudelTÜ EMI
k- Turbulentsi
MudelTÜ EMI
Tellija roll Veetsirkulatsiooni mudelid jäid oma arengus atmosfääri tsirkulatsiooni mudelitele tublisti alla. Meremudelitele ei olnud sellist tugevat tellijat nagu atmosfääri mudelitele. Arukas tellija võib suunata asjade kulgu isegi rohkem kui tegija. Abbat Suger’i (Sugerius) ise kunstis ja arhitektuuris midagi oma kätega loomata, kujundas tellijana välja Gooti stiili. Teda juhatas Jumalik anne. Peab aga teadma, et tellija taga ei pruugi alati olla jumalikku sädet, võib ka olla saatana sõrm.Lenini, Stalini, Hitleri ja teiste kommarite ja fashistide poolt tellitu oli seotud selgelt saatanaga. Nüüd, kus rannikumere probleemid (Coastal Engineering) on muutunud tõsiseks asjaks, hakkavad ka meremudelid iseseisvuma. Seda küll peaaegu,et kohustuslikus koostöös ilmaprognoosi mudelitega.
Asja võib liikuma panna ka asjalik äriplaan või kellegi erksad huvid.
Tuulelainete Mudel (Okeanol. Inst)V. Zakharov, M. Zaslavskii, M. Kabatchenko
PPPNtd
d 0),( P+ Kirjeldab tuulelt saadud energiat ; P0 Kirjeldab mittelineaarset vahetust üle spektri; P- Kirjeldab dissipatsiooni
Spektri transpordi võrrandi lahendamisel kasutatakse kitsasuunalist lähendit
,/)()( 22xxx kkk
)(/)()( 22xyyx kNdkNkk k
)()()()]([ln[)( 32/19
11
2
2
1 xxxxx
x kNkkkakk
at
kN
)](ln[)()()())()(( 13
2 xxxxx kkkNka
t
kNk
Lainete spektri transpordi võrrand:
Zakharov, V.E., Smilga, A.V., 1981. On quasi-one-dimensional spectra of weak turbulence. J. Experiment. and Theoret. Physics, 81, 1318-1326
Zaslavskii, M.M.,1989. On narrow-directional approach of kinetic equation for wind wave spectra. Izv. RAN, ser. Physics of Atmosph. and Ocean, 25, 868-876.
Mittehüdrostaatiline Tsirkulatsiooni Mudel(TÜ EMHI- Nmbrilise Mat. Inst)
R. Tamsalu, V. Zalesny Tsirkulatsiooni mudeli moodustavad järgmised 3D võrrandid
Liikumisvõrrandid kiirusvektorile U (u,v,w)Pdevusvõrrand kokkususrumatule vedelikule
Transport-diffusiooni võrrandid Soolsusele S
Temperatuurile TOleku võrrand b=f(T,S)
2D vee vabapinna võrrand , 3D mittehüdrostaatilise rõhu võrrand p’
Zalesny , V. B., Tamsalu, R., 2004 a MATHEMATICAL MODELS OF CIRCULATION IN OCEANS AND SEAS, in Mathematical Models Of Life Support Systems, from Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Oxford ,UK, [http://www.eolss.net]
k- Turbulentsi MudelR. Tamsalu
, )()(2 4011
20 kckckdt
dkk
24022
20 )()(2 ccc
dt
d
221 NSMS HM 2
32
12 NScMSc HM 222 ))(
())(
(z
vv
z
uuM SS
k
ScK MM20 )(2
k
ScK HM20 )(2 SM ja SH on stabil. Funkt.
c1, c2 ja c0 on const
Turb. Kin. Energia
Turb. Kadu Kiiren.
z
bN
2
Tuulelainete mudel on allikaksTsirkulatsiooni ja Turbulentsi mudelitele rajatingimuste kaudu
dkkNkkUkgUcdU xbx
k
kb
xaa )()(),( *
0
**
)))()(
()(((|
);)()(),()(1
(|
2/32
23
2*
3*
00
dSkHSh
ucdz
kK
dkkNkUkguz
kK
BcHz
k
M
xxx
kb
xS
zk
M
Suurusest sõltuv PlanktonkooslusSize-Dependent Pankton Community
Size- dependent plankton community food web is formed by Autotrophs (Ai i=1,2,…,N)
Heterotrophs (Hi i =1,2,…,N)
Bacterioplankton (B )
This plankton community forms the N triplet stucture.
Zooflag.
Microzoopl.
DIP
DIN
DIC
DIP+DOP
DIN+DON
DOC
Picophyto. Bacteriopl.
ESD (m)
0.2 - 2I
Phytoflag.
Nanozoopl.
II 2 - 10
Nanophyto.III 10 - 50
Netphyto.
Mesozoopl.
IV50 - 250
250 – 1250
Hamza, W., Ennet, P., Tamsalu, R., Zalesny, V. 2003. The 3D physical-biological model study in the Egyptian Mediterranean coastal sea. - Aquatic Ecology, 37, 307-324.
LõhustamismeetodV. Zalesny, R. Tamsalu
00
0 ],,(,
tt
TttfAt
I
iiAA
1
iAi ,0
i
I
ii ff
1
001111
1 )(,
tfAt
)()(, 11022222 ttfA
t
)()(, 110 ttfAt IIIII
I
Enamikele protsesside, väljaarvatud transport-diffusioon ja pinnalainete levvik on leitud ajasammusisene
täpne lahend
Võrrandid lõhustatakse protsesside (operaator A) alusel.
Zalesny , V. B., Tamsalu, R., 2004 b MATHEMATICAL MODELS IN WATER SCIENCES, in Mathematical Models of Life Support Systems, from Encyclopedia of Life Support Systems (EOLSS), Developed under the Auspices of the UNESCO, Eolss Publishers, Oxford ,UK, [http://www.eolss.net]
Lahendi korrektsusestEnergia jäävus.
DzgH
wvuH
t0
22
222
0
Numbriline lahnd: C võrk
0)(;; 2
y
v
x
uc
t
p
y
pfu
t
v
x
pfv
t
uNumbrilise lahndi analüüs inertslainete levikul meres
jneh
ppvvfu
tjijijiji
ji ;2
)( ,1,2/1,12/1,,2/1
mlkf /)/(/)/( 22
Täpne lahend ;2;2 22 mm
kk
C võrk
khmhkhmhh
h
kcossinsin)cos4(
2 2
2
mhkhmhkhh
h
mcossinsin)cos4(
2 2
2
Akadeemiline Bassein (püsiv SW tuul 10 m/s)
A.Põhja Soolsus Hüdrostaatika =5’;2.5’
B.Põhja Soolsus Mittehüdrostaatika =5’;2.5’
C.Põhja Soolsus Mittehydrostaatika =1’;0.5’
D. Temperatuuri vertikaalne profiil Tuulelainete mõju turbulentsile olemas
E. Temperatuuri vertikaalne profiil Tuulelainete mõju ei ole arvestatud
Turbulentsi kineetiline energia pinnakihis A. Ilma tuulelaineteta k(min)=2.8 cm2/s2, k(max)=3.7 cm2/s2
B. Koos tuulelainetega k(min)=40.5 cm2/s2, k(max)=226 cm2/s2
A B
A B
Turbulentsi kadu kiirendus A. Ilma tuulelaineteta (min)=0.031 s-1, (max)=1.8 s-1
B. Koos tuulelainetega (min)= 0.1 s-1, (max)=4.3 s-1
Turbulentne Viskoossus KM
ilma tuulelainetetapinnakihisKM(min)=0.14 cm2/s;
KM(max) )=16.3 cm2/s
KM(min)=18.9 cm2/s;
KM(max) )=43.1 cm2/s
Turbulentne Viskoossus KM
koos tuulelainetegapinnakihis
Bactereoplankton (B)
B ilma tuulelaineteta
B(min)=0.0 g/cm3; B (max) )=1.01 g/cm3
B koos tuulelainetega
B (min)=0.02 g/cm3; B (max) )=0.35 g/cm3
02
1
Hz
w
zw
nvnv
mumu
t
dDdtJzD
0
z
w
zw
nvnv
mumu
t
******
2
1*
dtzzt
),,(*),,(1
0
Pöördülesanne adjoint probleemile * kirjeldatakse siis järgnevalt:
Vaatleme funktsiooni tundlikust mingis reostuspiirkonnas:
Pöördmudel. Adjoint equation
Tundlikusfunktsioon kirjeldatakse järgnevalt:
Passiivne reostusaine on kirjeldatav järgneva võrrandiga:
D
21.07.2005 19.07.2005 17.07.2005
15.07.2005 13.07.2005 10.07.2005
Tundlikusfunktsiooni ajaline pöördkäik Tallinna lahes
Kurikael leidmata. Kuritöö koht täpsustatud.
Lõpetuseks Matemaatika rollistOlen tundnud matemaatika tõrjutust meie ühiskonnas.Eriti on see silma paistnud Venemaal, aga ka Läänes. Paljud prominendid tunnevad uhkust, et nad ei tunne
Matemaatikat. Seejuures ka mõned modelleeriad!!
Samaaegselt räägitakse palju eetika kriisist. Poliitikutevassimisest ja hämamisest.
Täpne matemaatiline lahend ei võimalda vassimist.Samuti ei võimalda vassimist ka korrektselt püstitatud
numbriline lahend