Вычислительная геофизика - Computational geophysics

Вычислительная геофизика это область исследований, в которой используются любые типы численных вычислений для создания и анализа моделей сложных геофизических систем. Его можно рассматривать как расширение или подполе обоих вычислительная физика и геофизика. В последние годы вычислительная мощность, доступность данных и возможности моделирования резко возросли, что сделало вычислительную геофизику более популярной дисциплиной.[1] Из-за большого вычислительного объема многих геофизических задач для обработки анализа могут потребоваться высокопроизводительные вычисления.[2] Приложения вычислительной геофизики для моделирования включают: атмосферное моделирование, океаническое моделирование, модели общей циркуляции, и геологическое моделирование. Помимо моделирования, некоторые проблемы в дистанционное зондирование входят в сферу вычислительной геофизики, например томография, обратные задачи, и 3D реконструкция.

Геофизические модели

Создание геофизических моделей - ключевой компонент вычислительной геофизики. Геофизические модели определяются как «физико-математические описания временных и / или пространственных изменений важных геологических переменных, выведенные из принятых законов, теорий и эмпирических соотношений». [3] Геофизические модели часто используются исследователями во всех областях науки об окружающей среде.

В науке о климате модели атмосферы, океана и общей циркуляции являются важным резервом для исследователей. Хотя дистанционное зондирование неуклонно обеспечивает все больше и больше измерений геофизических переменных на месте, ничто не приближается к временному и геопространственному разрешению 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. Часто эти модели используются совместно с измерениями на месте.

Несколько известных моделей

  1. Проект повторного анализа NCEP / NCAR, атмосферная модель [4]
  2. Глобальная система прогнозов, численная модель прогноза погоды [5]
  3. HYCOM, общая модель циркуляции океана [6]

Модели геологических систем часто используются в исследованиях, но имеют меньшую доступность общедоступных данных, чем климатические и метеорологические модели. Доступен широкий спектр программного обеспечения, позволяющего выполнять геомоделирование.

Дистанционное зондирование

Геологическая служба США (USGS) определяет дистанционное зондирование как измерение некоторой собственности 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 разновидностью косвенного измерения, а это означает, что для получения измерения интересующего свойства необходимо выполнить некоторые вычисления. Для некоторых приложений эти вычисления могут быть очень сложными. Кроме того, анализ этих продуктов данных можно отнести к категории вычислительной геофизики.

Программы обучения

В Канада, вычислительная геофизика предлагается как Университет основной в виде Бакалавр (Достопочтенный) с кооператив в Карлтонский университет.[8]

В другом месте, Университет Райса имеет Центр вычислительной геофизики,[9] пока Университет Принстона,[10] в Техасский университет,[1] и Калифорнийский технологический институт[11] есть аналогичные исследовательские центры. Эксперты, лаборатории, проекты, стажировки, программы бакалавриата, программы магистратуры и / или объекты в программе существуют в Университет Квинсленда, Университет Вайоминга, Бостонский университет, Стэндфордский Университет, Уппсальский университет, Канзасский государственный университет, Кингстонский университет, Австралийский национальный университет, Калифорнийский университет в Сан-Диего, Вашингтонский университет, ETH Цюрих, Сиднейский университет, Аппалачский государственный университет, Университет Миннесоты, Университет Тасмании, Университет Бахрии, Государственный университет Бойсе, университет Мичигана, Университет Оулу, Университет Юты, и другие.

Лаборатории

Федеральные организации, изучающие или применяющие вычислительную геофизику, включают:

  1. Лаборатория исследования системы Земля в NOAA [12]
  2. Отделение наук о Земле НАСА [13]

Рекомендации

  1. ^ а б "Вычислительные науки о Земле | Школа наук о Земле Джексона | Техасский университет в Остине". www.jsg.utexas.edu. Получено 2019-11-20.
  2. ^ "Advanced Research Computing (ARC)". www.usgs.gov. Получено 2019-11-20.
  3. ^ Слингерленд, Руди. (2011). Математическое моделирование динамических систем Земли: учебник. Издательство Принстонского университета. ISBN  9780691145136. OCLC  857968920.
  4. ^ "ESRL: PSD: NCEP / NCAR Reanalysis 1". www.esrl.noaa.gov. Получено 2019-11-20.
  5. ^ «Глобальная система прогнозов (GFS) | Национальные центры экологической информации (NCEI), ранее известные как Национальный центр климатических данных (NCDC)». www.ncdc.noaa.gov. Получено 2019-11-20.
  6. ^ "HYCOM". www.hycom.org. Получено 2019-11-20.
  7. ^ «Что такое дистанционное зондирование и для чего оно используется?». www.usgs.gov. Получено 2019-11-20.
  8. ^ "Календарь бакалавриата Карлтонского университета на 2005-2006 годы, веб-издание". www3.carleton.ca. Получено 2019-11-20.
  9. ^ "Науки о Земле, окружающей среде и планетах | Центр компьютерных наук о Земле (ESCC)". Получено 2019-11-20.
  10. ^ "Домашняя страница | Теоретическая и вычислительная сейсмология". tromp.princeton.edu. Получено 2019-11-20.
  11. ^ «Вычислительная геофизика - Сейсмологическая лаборатория Калифорнийского технологического института». seismolab.caltech.edu. Получено 2019-11-20.
  12. ^ «Лаборатория исследования системы Земля NOAA». www.esrl.noaa.gov. Получено 2019-11-20.
  13. ^ Ково, Яэль (09.08.2016). «Отделение наук о Земле». НАСА. Получено 2019-11-20.

Смотрите также