IGWResearch 1.0 - программный комплекс для моделирования внутренних волн в Мировом Океане

Внутренние гравитационные волны (ВГВ) – это волны, возникающие в стратифицированной жидкости под действием силы тяжести). Они существуют в океане благодаря его раслоенности по температуре, солености и течению.

Актуальность исследования ВГВ обусловлена их влиянием на движение подводных аппаратов, распространение акустических сигналов, размывы грунта под нефтяными и газовыми платформами, участием в распространении примесей и загрязнений. К настоящему времени сформировался круг общепризнанных в научном сообществе моделей для описания ВГВ. Однако их применение осложнено отсутствием единой среды для моделирования, различных способов визуализации и манипулирования данными. До настоящего времени модели для описания ВГВ были разрознены, реализованы для частных случаев (в географическом и физическом смыслах), на различных языках программирования, доступны лишь локально. Также эти модели достаточно сложны и их использование требует непростой предварительной подготовки входных данных.

Разработанный программный комплекс – это первая попытка объединить различные модели ВГВ и входные данные из различных источников для автоматизации исследований ВГВ и снятия рутины подготовки, сравнения и выбора входных данных для этих моделей.Программный комплекс включает в себя реализацию нескольких численных моделей (уравнение Гарднера, рефракционная лучевая модель), графический пользовательский интерфейс, ряд визуализаторов карт и графиков, а также различные инструменты просмотра и анализа исходных данных и результатов моделирования. В качестве источников данных были использованы международные атласы температуры и солености: WOA (World Ocean Atlas 2005, WOA05) и GDEM (Generalized Digital Environmental Model, GDEM V 3.0). Для береговой - цифровой атлас батиметрии ETOPO. Данные были предварительно обработаны вручную и приведены к одному разрешению и формату. 

В комплексе использованы различные подходы к исследованию ВГВ. Так, численные модели позволяют оценить кинематические и нелинейные характеристики ВГВ, провести моделирование трансформации и распространения.

Расчет коэффициентов вариации для кинематических и нелинейных параметров по двум независимым наборам данных, позволяет также оценить влияние различных источников гидрологических данных на полученные результаты моделирования. Комплекс написан на языке C++ с использованием библиотек Qt.

Список публикаций

• Тюгин Д.Ю., Куркина О.Е., Куркин А.А. Электронный атлас кинематических и нелинейных параметров внутренних гравитационных волн в мировом океане // Датчики и системы, № 12 (151), 2011. С. 39 – 52. Предпросмотр
• Авербух Е.Л., Куркина О.Е., Куркин А.А., Тюгин Д.Ю. Численное моделирование динамики пленок поверхностно-активных веществ в поле уединенных внутренних волн на примере условий Балтийского моря // Экологические системы и приборы, 2012. № 10. C. 63–72.
• Тюгин Д.Ю., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н., Куркина О.Е. Повышение производительности программного комплекса для моделирования внутренних гравитационных волн IGW Research с помощью Intel® Parallel Studio XE 2013 // Фундаментальная и прикладная гидрофизика, 2012. Т. 5. № 3. C. 89–95.
• E. Rouvinskaya, Т. Talipova, O. Kurkina, T. Soomere, D. Tyugin Transformation of internal breathers in the idealised shelf sea conditions // Continental Shelf Research, 2015. Vol. 110. P. 60 – 71, DOI: https://doi.org/10.1016/j.csr.2015.09.017
• Grimshaw, R., Pelinovsky, E., Talipova, T., and Kurkina, O.: Internal solitary waves: propagation, deformation and disintegration, Nonlin. Processes Geophys., 17, 633-649, 2010. DOI: 10.5194/npg-17-633-2010
• Талипова Т.Г., Куркина О.Е., Рувинская Е.А., Пелиновский Е.Н. РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЕДИНЕННЫХ ВНУТРЕННИХ ВОЛН В ДВУХСЛОЙНОМ ОКЕАНЕ ПЕРЕМЕННОЙ ГЛУБИНЫ // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 1. С. 103.
• Талипова Т.Г., Пелиновский Е.Н., Куркин А.А., Куркина О.Е. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ИНТЕНСИВНЫХ ВНУТРЕННИХ ВОЛН НА ШЕЛЬФЕ // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50. № 6. С. 714.