en ru

Модель Лагранжа

Траектории частиц, полученные в ходе эксперимента на м. Лаптевых длительностью 60 дней.
Траектории частиц, полученные в ходе эксперимента на м. Лаптевых длительностью 60 дней.
Карта концентраций частиц, полученная в ходе эксперимента на м. Лаптевых. Частота кадра - 12 часов модельного времени.
Иллюстрация воздействия инерционных сил на океанические течения - траектория частицы имеет петлеобразный характер.
Структурная схема представленной модели. Стрелками показаны пересылки данных между ее компонентами.
Структурная схема представленной модели. Стрелками показаны пересылки данных между ее компонентами.
Модели Лагранжева переноса являются эффективным инструментом в исследовании процессов, происходящих в Мировом Океане. Подход, при котором отслеживается движение отдельных частиц, дает массу возможностей для получения качественно новых результатов по сравнению с эйлеровым подходом. Действительно, решение задачи описания движения вещества путем вычисления скорости его перемещения в узлах координатной сетки накладывает целый ряд ограничений. Например, в случае если веществом является некоторое количество радионуклидов, то процесс описания распада и/или превращения в другие виды радиоактивных частиц при таком подходе является затруднительным. Напротив, лагранжев подход предлагает простой и прозрачный вариант решения данной задачи. Также лагранжев подход позволяет учитывать некоторые специфические свойства частиц, которые могут оказывать влиянение на процесс их движения в потоках течений.

С ростом мощностей современной вычислительной техники для моделей Лагранжа начался новый виток развития. Если еще пару десятилетий назад использование данного подхода при решении тех или иных задач было практически невозможным из-за большого объема требуемых вычислений, то сейчас это вполне достижимо. Стоит отметить, что уже сегодня при проведении экспериментов можно задействовать в расчетах миллионы частиц, что дает результаты высокой степени точности.

В наши дни, когда говорят о моделях Лагранжева переноса, чаще всего имеют в виду так называемые offline-модели. Offline-модели ведут расчеты по выходным данным, которые получены в результате численного эксперимента на некоторой модели общей циркуляции океана (МОЦО). Модели класса offline несомненно имеют преимущества, однако целый ряд недостатков, в частности неизбежное осреднение полученных из МОЦО данных, и как следствие существенная потеря точности результатов, делает их менее конкурентноспособными по сравнению с моделями типа online. Online модели производят расчеты совместно с МОЦО и используют набор динамически обновляемых на каждом шаге вычислений данных, которые необходимы для нахождения траекторий частиц. Представленная разработка отностится к классу online-моделей, ведет совместные расчеты с моделью ИВМИО и имеет достаточно обширный функционал, в частности предлагается решение таких задач, как описание радиоактивного распада частиц радионуклидов, моделирование осаждения частиц в придонном слое и учет подсеточных процессов, оказывающих влияние на траектории частиц.