Seminarium Wydziału Fizyki Technicznej I Matematyki Stosowanej | FTiMS - Politechnika Gdańska

Atmosfera ziemska to skomplikowany układ hydrodynamiczny oddziałujący w bardzo szerokim spektrum skal przestrzennych (od mikrometrów do skali globalnej) oraz czasowych (od sekund do lat). Jego funkcjonowanie opisują układy równań różniczkowych cząstkowych, dla których nie istnieją dokładne rozwiązania analityczne. W prognozowaniu stanu atmosfery wykorzystuje się zatem rozwiązania przybliżone, oparte na zaawansowanych metodach matematycznych i numerycznych. Powstające w ten sposób numeryczne modele pogody symulują czasoprzestrzenną ewolucję stanu atmosfery, co w istocie wymaga rozwiązania skomplikowanego układu równań różniczkowych w skończonym (umożliwiającym na zastosowanie wyników) czasie. Ponieważ działania te są wykonywane zwykle na ogromnej ilości danych, stosuje się do tego celu wydajne systemy obliczeniowe do przetwarzania równoległego o architekturze wielordzeniowych klastrów lub akceleratorów typu GPU.

Nowoczesna meteorologia to w istocie głownie wyniki symulacji komputerowych odtwarzających skomplikowane procesy zachodzące w oceanach, atmosferze ziemskiej, glebie jak i wymianę informacji pomiędzy nimi. Obecnie nie ma numerycznego modelu pogody, który opisywałby jednocześnie wszystkie te procesy z dużą dokładnością. Powstają rozwiązania zarówno globalne, jak i lokalne/regionalne w skali mezo i synoptycznej, realizujące różne zadania w zakresie prognozowania ultrakrótkoterminowego (nowcasting), średnio i długoterminowego, sezonowego czy też prognoz klimatycznych.

W Centrum Modelowania Meteorologicznego (CMM) Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej rozwijane są głównie modele i metody prognozowania z wykorzystaniem regionalnych numerycznych modeli pogody, o których będzie mowa w tej prezentacji. Istotnym element w pracach wykonywanych w CMM są również implementacje numerycznych modeli pogody w różnych sektorach gospodarki i życia społecznego np. prognozowanie produkcji energii z odnawialnych źródeł energii, zagrożenia pożarowego, hydrologii, monitorowania zjawisk ekstremalnych, przypływów w obszarach zurbanizowanych i wielu innych. Prowadzone są także badania podstawowe nad rozwojem parametryzacji procesów fizycznych w atmosferze. W prezentacji zostaną przybliżone wybrane zagadnienia opisujące autorskie opracowania rozwijane na bieżąco w CMM.