पृथ्वी और जलवायु

पृथ्वी-तंत्र मॉडल

वायुमंडल, महासागर, समुद्री बर्फ़, ज़मीन और कार्बन चक्र वैश्विक ग्रिड पर जोड़े जाते हैं और सदियों तक चलाए जाते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: उत्सर्जन के किसी दिए रास्ते पर ग्रह कितना गर्म होता है?

छोड़ता है: बादल अब भी पैरामीटरीकरण से दर्शाए जाते हैं, जो मॉडलों के बीच असहमति का अकेला सबसे बड़ा स्रोत है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटर का एक बड़ा हिस्सा, कुछ महीनों के लिए।तब से: 1969 मनाबे और ब्रायन का पहला युग्मित महासागर-वायुमंडल जलवायु मॉडल।सिमुलेशन वृक्ष में: युग्मित महासागर-वायुमंडल

पुराजलवायु

यही मॉडल हिमयुगों और गहरे समय पर चलाए जाते हैं, अलग महाद्वीपों, कक्षाओं और वायुमंडलों के साथ।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: हिमयुग किससे शुरू हुए, और अतीत हमें जलवायु की संवेदनशीलता के बारे में क्या बताता है?

छोड़ता है: प्राचीन तटरेखाएँ, बर्फ़ और वनस्पति विरल प्रमाणों से फिर से बनाई जाती हैं, और फिर ज्ञात इनपुटों की तरह मानी जाती हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान आधुनिक जलवायु रन जैसा, कई महीनों के लिए सुपरकंप्यूटर का एक हिस्सा।तब से: 1977 मनाबे और हैन का हिमयुग की जलवायु का पहला GCM सिमुलेशन।

बर्फ़ की चादरें और समुद्र-स्तर

हिमनद और बर्फ़ की चादरें बहती, पिघलती और समुद्र में टूटकर गिरती हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: इस सदी में बर्फ़ की चादरें समुद्र-स्तर में कितनी तेज़ी से जोड़ सकती हैं?

छोड़ता है: बर्फ़ अचानक कैसे टूटती और फिसलती है, इसकी भौतिकी अब भी ठीक से पकड़ी नहीं गई है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁵ FLOPS मोटा अनुमान एक विश्वविद्यालय का क्लस्टर, प्रति सिमुलेटेड सदी कुछ दिनों से कुछ हफ़्ते।तब से: 1976 महाफ़ी का बर्फ़ की चादर का शुरुआती परिमित-अंतर कंप्यूटर मॉडल।

एकीकृत आकलन मॉडल

ऊर्जा, अर्थव्यवस्था, भूमि-उपयोग और जलवायु एक मॉडल में जुड़े हैं, जो नीति-मार्गों की तुलना के काम आता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: ऊर्जा और भूमि उपयोग का कौन-सा मेल तापमान वृद्धि को दी गई सीमा से नीचे रखता है, और किस क़ीमत पर?

छोड़ता है: पूरी अर्थव्यवस्था और जलवायु को मुट्ठी भर समीकरणों में घटा देता है, इसलिए उत्तर चुनी गई छूट-दर पर बहुत निर्भर करता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान एक लैपटॉप; पूरा रन कुछ सेकंड से कुछ मिनट लेता है।तब से: 1992 नॉर्डहॉस का DICE मॉडल, पहला व्यापक रूप से इस्तेमाल हुआ जलवायु-अर्थव्यवस्था मॉडल।

क्षेत्रीय जलवायु डाउनस्केलिंग

वैश्विक जलवायु मॉडल का मोटा आउटपुट, जो किसी एक देश या पर्वतमाला पर महीन क्षेत्रीय मॉडल को चलाने के काम आता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: ग्लोबल वार्मिंग का इस घाटी के मौसम के लिए असल में क्या मतलब है?

छोड़ता है: जिस भी वैश्विक मॉडल के भीतर रखा गया है, उसके पूर्वाग्रह विरासत में पाता है, बस ऊँचे रिज़ॉल्यूशन पर।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान एक राष्ट्रीय क्लस्टर, एक क्षेत्रीय प्रक्षेपण के लिए कुछ हफ़्ते।तब से: 1989 सीमित क्षेत्र पर चलाए गए शुरुआती एक के भीतर एक क्षेत्रीय जलवायु मॉडल।

सौर भू-अभियांत्रिकी

जानबूझकर जोड़े गए हस्तक्षेप के साथ चलाए गए जलवायु मॉडल, जैसे ऊपरी वायुमंडल में परावर्तक कण छोड़ना, ताकि देखा जाए कि इससे क्या बदलेगा।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या आने वाली धूप को जानबूझकर घटाना तापन को संतुलित कर सकता है, और उसके क्या दुष्प्रभाव होंगे?

छोड़ता है: इस तरह का कोई हस्तक्षेप बड़े पैमाने पर नहीं हुआ, इसलिए हर नतीजा इस पर टिका है कि मॉडल ऐसी तैनाती में कभी न देखे गए एयरोसोल को कितनी अच्छी तरह दर्शाता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान राष्ट्रीय सुपरकंप्यूटर का एक बड़ा हिस्सा, कुछ महीनों के लिए।तब से: 1992 काल्पनिक ज्वालामुखी-जैसे हस्तक्षेप को परखने वाले शुरुआती जलवायु-मॉडल प्रयोग।

विश्व-पृथ्वी मॉडल

जलवायु मॉडल, जो मानव व्यवहार के सरल गतिक निरूपणों से जुड़े हैं, ताकि उत्सर्जन, नीति और सामाजिक बदलाव ग्रह की स्थिति पर प्रतिक्रिया दें।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: सामाजिक टिपिंग और जलवायु फ़ीडबैक सदियों में एक-दूसरे पर कैसे असर डालते हैं?

छोड़ता है: व्यवहार-नियम परिकल्पनाएँ हैं, और स्थानिक जलवायु का ब्योरा मोटा है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान कम-जटिलता वाले मॉडल बड़े एन्सेम्बल में चलाए जाते हैंतब से: 2018 Earth system modelling with complex dynamic human societies: the copan:CORE framework (2018) स्रोत

वैश्विक बादल-विभेदी मॉडल

वायुमंडल मॉडल जिनकी ग्रिड इतनी महीन, कुछ किलोमीटर की, होती है कि पूरी पृथ्वी पर गहरा संवहन सीधे दर्शा सके।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या उष्णकटिबंधीय बादल-तंत्र पैरामीटरों के बजाय सीधे सिमुलेट किए जा सकते हैं?

छोड़ता है: रन छोटे हैं, और टर्बुलेंस और बादल सूक्ष्म-भौतिकी का अब भी सन्निकटन किया जाता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁸ FLOPS मोटा अनुमान सबसे बड़ी मशीनों पर सिमुलेटेड समय के हफ़्तेतब से: 2007 A Madden-Julian oscillation event realistically simulated by a global cloud-resolving model (2007) स्रोतसिमुलेशन वृक्ष में: वैश्विक बादल-विभेदी मॉडल

सुपरपैरामीटरीकरण

मोटे वैश्विक मॉडल के हर स्तंभ के भीतर एक छोटा क्लाउड-विभेदी मॉडल बैठाया जाता है, जो आमतौर की संवहन योजना की जगह लेता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या सीधे गणना की गई बादल-भौतिकी पूरी महीन वैश्विक ग्रिड के बिना जलवायु मॉडल को बेहतर बना सकती है?

छोड़ता है: जड़े हुए मॉडल छोटे हैं और पड़ोसी स्तंभों से बात नहीं करते।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान अंतःस्थापित 2D बादल मॉडल लागत को कई गुना बढ़ा देते हैंतब से: 2001 Coupling cloud processes with the large-scale dynamics using the cloud-resolving convection parameterization (2001) स्रोत

चरम घटनाओं का कारण-निर्धारण

मानवीय प्रभाव के साथ और बिना जलवायु रनों के बड़े एन्सेम्बल हर दुनिया में किसी ख़ास लू, बाढ़ या तूफ़ान की संभावना बताते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: मानव उत्सर्जन ने इस विशेष घटना की संभावना को कितना बदला?

छोड़ता है: नतीजे इस पर निर्भर करते हैं कि मॉडल उस पैमाने पर घटना के प्रकार को कितनी अच्छी तरह दोहराता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान सैकड़ों से हज़ारों एन्सेम्बल सदस्यतब से: 2004 2003 की यूरोपीय लू में मानवीय योगदान (2004) स्रोत

स्वयंसेवकों के कंप्यूटरों से की गई परटर्ब्ड-फ़िज़िक्स समूह गणनाएँ

जलवायु मॉडल की हज़ारों प्रतियाँ, हर एक के भौतिक पैरामीटर थोड़े अलग, जो दान किए गए घरेलू कंप्यूटरों पर चलती हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: मॉडल भौतिकी की अनिश्चितता से मेल खाने वाली तापमान-वृद्धि की रेंज कितनी चौड़ी है?

छोड़ता है: मॉडल की संरचना तय है; केवल पैरामीटर बदले जाते हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान मॉडल के दसियों हज़ार रनतब से: 2005 Uncertainty in predictions of the climate response to rising levels of greenhouse gases (2005) स्रोत

प्रारंभिक-स्थिति बड़े एन्सेम्बल

एक जलवायु मॉडल को थोड़ी अलग शुरुआतों से दर्जनों बार चलाया जाता है, ताकि प्रेरित बदलाव को आंतरिक परिवर्तनशीलता से अलग किया जा सके।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्षेत्रीय रुझान का कितना हिस्सा जलवायु का अपना शोर है?

छोड़ता है: यह एक मॉडल के भीतर की परिवर्तनशीलता पकड़ता है, मॉडलों के बीच के अंतर नहीं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁸ FLOPS मोटा अनुमान सदियों लंबे दर्जनों युग्मित रनतब से: 2015 The CESM Large Ensemble Project (2015) स्रोत

सीखे हुए जलवायु अनुकरणकर्ता

जलवायु-मॉडल के आउटपुट पर प्रशिक्षित एक तंत्रिका नेटवर्क वायुमंडल को दशकों या सदियों तक, लागत के नगण्य हिस्से पर, आगे बढ़ाता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या प्रशिक्षित सरोगेट कई दशकों के जलवायु आँकड़े जल्दी दोहरा सकता है?

छोड़ता है: यह अपने प्रशिक्षण मॉडल के पूर्वाग्रह विरासत में पाता है और जिन जलवायुओं को उसने देखा उनके बाहर विफल हो सकता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁵ FLOPS मोटा अनुमान मॉडल अभिलेखागार पर प्रशिक्षण, फिर सस्ते लंबे रनतब से: 2023 A fast, skillful learned global atmospheric model for climate prediction (2023) स्रोत

पृथ्वी-तंत्र के डिजिटल जुड़वाँ

लगातार अद्यतन होते, उच्च-विभेदन वाले ग्रह-मॉडल, जो प्रेक्षणों से चलते हैं और उपयोगकर्ताओं के क्या-होगा-अगर सवालों के जवाब देने के लिए बने हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: अगर कोई ख़ास फ़ैसला या घटना होती तो किसी क्षेत्र का क्या होता?

छोड़ता है: ट्विन उतना ही वफ़ादार है जितने उसके मॉडल और डेटा, और इंटरैक्टिव परिदृश्य सीमित हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁹ FLOPS मोटा अनुमान किमी-पैमाने के वैश्विक मॉडल और डेटा एसिमिलेशनतब से: 2021 The digital revolution of Earth-system science (2021) स्रोत

विकिरणी-संवहनी जलवायु मॉडल

विकिरण और संवहन के संतुलन में वायुमंडल का एक अकेला स्तंभ, जिससे पता चलता है कि कार्बन डाइऑक्साइड या नमी बदलने पर ग्रह कितना गर्म होता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: जब हवा के स्तंभ में ग्रीनहाउस गैस दोगुनी हो जाए, तो वह कितना गर्म होता है?

छोड़ता है: इसमें हवाएँ, बादल या समुद्री परिवहन नहीं हैं, इसलिए यह पूर्वानुमान नहीं, एक संदर्भ तापन देता है।

इस पर चलता है: लगभग 10⁴ FLOPS मोटा अनुमान एक-आयामी स्तंभ, लैपटॉप पर तेज़।तब से: 1967 मनाबे और वेदराल्ड का सापेक्ष आर्द्रता के दिए वितरण के साथ वायुमंडल का ऊष्मीय संतुलन। स्रोत

ऊर्जा-संतुलन जलवायु मॉडल

पृथ्वी अक्षांश-पट्टियों में घटाई गई है जो ऊष्मा सोखती और छोड़ती हैं और परिवहन से उसका लेन-देन करती हैं, इतना कि बर्फ़-परावर्तकता की प्रतिक्रिया और जलवायु-अवस्थाओं के बीच पलटाव दिखे।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या बर्फ़ के फैलाव का बेक़ाबू होना पूरे ग्रह को जमा सकता है?

छोड़ता है: चित्र गतिकी और मौसम को अनदेखा करता है, इसलिए यह जानकारी देता है पर पूर्वानुमान नहीं।

इस पर चलता है: लगभग 10³ FLOPS मोटा अनुमान मुट्ठी भर समीकरण; किसी भी कंप्यूटर पर कुछ सेकंड।तब से: 1969 सेलर्स का पृथ्वी-वायुमंडल तंत्र के ऊर्जा संतुलन पर आधारित वैश्विक जलवायु मॉडल। स्रोत

गतिक वैश्विक वनस्पति और कार्बन-चक्र मॉडलिंग

पौधे, मिट्टी और उनका कार्बन विनिमय पूरी पृथ्वी पर सिमुलेट किया जाता है, जहाँ वनस्पति प्रकार जलवायु बदलने पर होड़ करते और खिसकते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: जलवायु गर्म होने पर ज़मीन कितना कार्बन सोखेगी या छोड़ेगी?

छोड़ता है: पौधों के प्रकार कुछ कार्यात्मक वर्गों में मिला दिए गए हैं, और पोषक तत्व और विक्षोभ का फ़ीडबैक मोटा-मोटा है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान कई सदियों के वैश्विक रन, अक्सर मोटे ग्रिड पर।तब से: 1996 फ़ोली और सहकर्मियों का भू-सतह प्रक्रियाओं, स्थलीय कार्बन-संतुलन और वनस्पति गतिकी का एकीकृत जैवमंडल मॉडल। स्रोत

युग्मित कार्बन-चक्र और जलवायु सिमुलेशन

एक जलवायु मॉडल, जिसके भीतर ज़मीन और महासागर का कार्बन चक्र शामिल है। इससे गर्मी यह बदल सकती है कि पृथ्वी कितना सोखती है, और यह असर खुद पर लौट सकता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या तापमान वृद्धि ज़मीन और महासागर को कार्बन सोखने वालों से उसके स्रोतों में बदल देगी?

छोड़ता है: मिट्टी और वनस्पति की मान्यताओं के कारण ज़मीन की कार्बन-प्रतिक्रिया मॉडलों के बीच बहुत अलग-अलग होती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान सुपरकंप्यूटर पर कई सदियों के युग्मित जलवायु रन।तब से: 2000 कॉक्स, बेट्स, जोन्स, स्पॉल और टॉटरडेल का युग्मित जलवायु मॉडल में कार्बन-चक्र प्रतिक्रियाओं से वैश्विक तापन का तेज़ होना। स्रोत

महासागर पारिस्थितिकी तंत्र और जैव-भू-रसायन मॉडलिंग

पोषक तत्व, प्लवक और अपरद, जो समुद्र में बहाए और चक्रित किए जाते हैं, ताकि उत्पादकता और गहराई तक पहुँचने वाले कार्बन का अनुमान लगे।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: समुद्री जीवन कितना कार्बन गहरे समुद्र में ले जाता है?

छोड़ता है: प्लवक समूह फ़िट की गई दरों वाले कुछ मिले हुए कक्ष हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁵ FLOPS मोटा अनुमान महासागर के सामान्य परिसंचरण मॉडल के भीतर एक जैव-भू-रासायनिक मॉड्यूल।तब से: 1990 फ़ाशम, डकलो और मैकेल्वी का महासागर की मिश्रित परत में प्लवक-गतिकी का नाइट्रोजन-आधारित मॉडल। स्रोत

सीखा हुआ उप-ग्रिड पैरामीटरीकरण

क्लाउड-विभेदी मॉडल पर प्रशिक्षित एक तंत्रिका नेटवर्क तूफ़ानों और बादलों के उन हाथ से लिखे नियमों की जगह लेता है, जो मोटे वैश्विक जलवायु मॉडल के लिए बहुत छोटे हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या मोटा जलवायु मॉडल महीन मॉडल से सीखकर छोटे पैमाने के बादल सही बना सकता है?

छोड़ता है: जब जलवायु उन हालात से बाहर जाती है जिन पर नेटवर्क को सिखाया गया था, तो वह अस्थिर या अभौतिक अवस्थाओं में बह सकता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान बारीक सिमुलेशन के छोटे समूह पर प्रशिक्षण, फिर जलवायु मॉडल के भीतर सस्ता उपयोग।तब से: 2018 रैस्प, प्रिचर्ड और जेंटाइन का जलवायु मॉडल में उप-ग्रिड प्रक्रियाओं का गहन-अधिगम निरूपण। स्रोत

संख्यात्मक मौसम पूर्वानुमान

आज देखा गया वायुमंडल घंटों से दिनों तक आगे बढ़ाया गया, आमतौर पर थोड़े अलग शुरुआती बिंदुओं के समूह के रूप में।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या यहाँ गुरुवार को बारिश होगी, और हमें कितना भरोसा है?

छोड़ता है: कुशलता लगभग दस दिन के बाद ढह जाती है, ग्रिड चाहे जितना बारीक हो।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान राष्ट्रीय मौसम केंद्र का सुपरकंप्यूटर, उसका कुछ प्रतिशत कुछ घंटों के लिए।तब से: 1950 चार्नी, ह्योर्टोफ़्ट और वॉन न्यूमैन का पहला संख्यात्मक पूर्वानुमान।सिमुलेशन वृक्ष में: पहला कंप्यूटर पूर्वानुमान

मशीन-सीखा मौसम

दशकों के पिछले मौसम पर प्रशिक्षित तंत्रिका नेटवर्क, जो घंटों की जगह सेकंडों में पूर्वानुमान देते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या सीखा हुआ इमुलेटर उतना ही अच्छा पूर्वानुमान दे सकता है जितनी वह भौतिकी जिस पर उसे प्रशिक्षित किया गया?

छोड़ता है: यह पिछले मौसम के पैटर्न सीखता है, इसलिए ऐसी चरम घटना पर लड़खड़ाता है जो उसने पहले नहीं देखी।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान एक अकेला उच्च श्रेणी का GPU; पूर्वानुमान घंटों की जगह सेकंडों में।तब से: 2022 भौतिकी-आधारित पूर्वानुमान की कुशलता से मेल खाने वाले पहले सीखे हुए मौसम मॉडल।

उष्णकटिबंधीय चक्रवात

उच्च रिज़ॉल्यूशन पर हरिकेन और टाइफ़ून: उनके रास्ते, तीव्रता और वर्षा।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: तूफ़ान तट से कहाँ टकराएगा, और कितना तेज़ होगा?

छोड़ता है: आँख और आँख की दीवार अब भी ज़्यादातर मॉडलों के ठीक से हल कर पाने से छोटी हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान राष्ट्रीय पूर्वानुमान केंद्र का क्लस्टर, हर सक्रिय तूफ़ान के लिए चलाया जाता है।तब से: 1969 ओयामा का हरिकेन के विकास का शुरुआती संख्यात्मक मॉडल।

वायु गुणवत्ता और फैलाव

प्रदूषक, धुआँ और ज्वालामुखीय राख, जिन्हें हवा ले जाती, मिलाती और रासायनिक रूप से बदलती है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: गुबार कहाँ जाता है, और क्या उस हवा में साँस लेना या उड़ना सुरक्षित है?

छोड़ता है: उत्सर्जन-सूचियाँ, जिन पर पूरा पूर्वानुमान टिका है, अक्सर पुरानी या अनुमानित होती हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान एक वर्कस्टेशन या छोटा क्लस्टर, प्रति प्रदूषण-घटना कुछ घंटे।तब से: 1970 चिमनी-प्रदूषण के शुरुआती कंप्यूटरीकृत गाउसीय गुबार मॉडल।

मौसमी पूर्वानुमान

जलवायु-अवधि वाले मॉडल रनों का एक समूह, जो आज के महासागर और वायुमंडल से शुरू होता है, और किसी एक दिन के बजाय पूरे मौसम की संभावनाओं पर लक्षित है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या यह सर्दी औसत से ज़्यादा गर्म या गीली होगी?

छोड़ता है: यह नहीं बता सकता कि किसी दिन मौसम कैसा होगा, केवल यह कि संभावनाएँ कैसे खिसकी हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान राष्ट्रीय पूर्वानुमान केंद्र का सुपरकंप्यूटर, हर मौसम में रनों का एक समूह।तब से: 1986 महासागर से जुड़े मॉडलों वाले शुरुआती गतिक मौसमी पूर्वानुमान।

गंभीर संवहनी तूफ़ान

एक अकेला तूफ़ान या सुपरसेल, जो उसके ऊर्ध्वगामी और अधोगामी प्रवाह के पैमाने तक सुलझाया जाता है, ताकि देखा जाए कि वह बवंडर पैदा करता है या बड़े ओले गिराता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या यह तूफ़ान बवंडर पैदा करेगा, और कहाँ?

छोड़ता है: इतना बारीक ग्रिड चाहिए कि बवंडर दिख सके, जो हर उस जगह चलाने के लिए बहुत महँगा है जहाँ तूफ़ान बन सकता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान एक राष्ट्रीय क्लस्टर, एक तूफ़ान के लिए बहुत उच्च विभेदन पर कुछ घंटे।तब से: 1975 किसी एक गरज वाले तूफ़ान के शुरुआती त्रि-आयामी कंप्यूटर मॉडल।

जनरेटिव एन्सेम्बल मौसम पूर्वानुमान

एक डिफ़्यूज़न मॉडल अगले दो हफ़्तों के कई संभावित मौसमों के नमूने बनाता है, और वैश्विक पैमाने पर हर चर के लिए संभावनाएँ देता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या सीखा हुआ मॉडल अंशांकित पूर्वानुमान-अनिश्चितता सस्ते में दे सकता है?

छोड़ता है: यह पुनर्विश्लेषण डेटा से बँधा है और दुर्लभ चरम घटनाओं पर कोई भौतिक गारंटी नहीं देता।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान दशकों के पुनर्विश्लेषण पर प्रशिक्षण, हर समूह-सदस्य के लिए मिनटतब से: 2023 GenCast: diffusion-based ensemble forecasting for medium-range weather (2023) स्रोत

एन्सेम्बल मौसम पूर्वानुमान

एक पूर्वानुमान, जो थोड़ी अलग शुरुआती अवस्थाओं से कई बार चलाया जाता है, ताकि फैलाव दिखाए कि मौसम कितना अनिश्चित है और हर नतीजे की कितनी संभावना है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: मौसम का पूर्वानुमान कितना भरोसेमंद हो सकता है, और उसकी जगह और क्या हो सकता है?

छोड़ता है: शुरुआती अवस्था की गड़बड़ियाँ मॉडल की त्रुटि को केवल आंशिक रूप से पकड़ती हैं, इसलिए फैलाव अक्सर बहुत संकरा होता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान हर दिन दर्जनों वैश्विक पूर्वानुमान, हर एक बड़ा रन।तब से: 1974 लीथ की मॉन्टे कार्लो पूर्वानुमानों की सैद्धांतिक कुशलता। स्रोत

वायुमंडलीय पुनर्विश्लेषण

एक स्थिर आधुनिक पूर्वानुमान मॉडल, जिसे दशकों के पिछले प्रेक्षणों पर चलाया जाता है और जो उन्हें मिलाकर वायुमंडल का एक सुसंगत, बिना खाली जगह वाला रिकॉर्ड बनाता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: अतीत में हर जगह और हर समय हवाएँ, तापमान और दबाव क्या थे?

छोड़ता है: समय के साथ प्रेक्षण-तंत्र में बदलाव रिकॉर्ड में कृत्रिम रुझान छोड़ जाते हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान सुपरकंप्यूटर पर असिमिलेशन-चक्रों के दशक।तब से: 1996 काल्ने और सहयोगियों की NCEP/NCAR 40-वर्षीय पुनर्विश्लेषण परियोजना। स्रोत

वायुमंडलीय सीमा-परत का लार्ज-एडी सिमुलेशन

वायुमंडल का सबसे निचला किलोमीटर, जहाँ टर्बुलेंट भँवर ऊष्मा, नमी और प्रदूषकों को मिलाते हैं, बड़े भँवर हल किए जाते हैं और छोटे मॉडल किए जाते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: टर्बुलेंट भँवर ज़मीन से ऊपर की ओर ऊष्मा और नमी कैसे ले जाते हैं?

छोड़ता है: सतह का आदान-प्रदान और उप-ग्रिड मिश्रण पैरामीटर के रूप में रखे जाते हैं, जिससे ज़मीन के पास सटीकता सीमित होती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान कुछ किलोमीटर का क्षेत्र, दसियों मीटर के विभेदन पर।तब से: 1972 डियरडॉर्फ़ की उदासीन और अस्थिर ग्रहीय सीमा-परतों की संख्यात्मक जाँच। स्रोत

वैश्विक तूफ़ान-विभेदी सिमुलेशन

कुछ किलोमीटर विभेदन वाला पूरे ग्रह का वायुमंडल मॉडल, ताकि गरज वाले तूफ़ानों के समूह और उष्णकटिबंधीय तूफ़ान संवहन-पैरामीटरीकरण के बिना ही दिखें।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: जब तूफ़ान अनुमान से नहीं, हल करके लिए जाते हैं तो वायुमंडल क्या करता है?

छोड़ता है: कुछ किलोमीटर से नीचे के बादल-सूक्ष्मभौतिकी और विक्षोभ अब भी पैरामीटरों से दर्शाए जाते हैं, और रन जलवायु का अध्ययन करने के लिए बहुत छोटे हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁹ FLOPS मोटा अनुमान कुछ सिमुलेटेड महीनों के लिए सबसे बड़ी मशीनों पर हफ़्ते।तब से: 2008 साटो और सहयोगियों का वैश्विक बादल-विभेदन सिमुलेशन के लिए गैर-द्रवस्थैतिक आइकोसाहेड्रल वायुमंडलीय मॉडल। स्रोत

खनिज धूल का उत्सर्जन और परिवहन

हवा रेगिस्तान की धूल उठाती है, उसे समुद्रों के पार ले जाती है और जमा करती है, ताकि विकिरण, समुद्री पोषक तत्वों और हवा की गुणवत्ता पर उसका असर पता चले।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: कितनी रेगिस्तानी धूल हवा में आती है, और कहाँ जाती है?

छोड़ता है: उत्सर्जन की सीमाएँ मिट्टी और सतह के गुणों पर निर्भर करती हैं जिनका नक्शा ठीक से नहीं बना है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान कई वर्षों में वायुमंडल मॉडल के भीतर एक धूल मॉड्यूल।तब से: 1994 Tegen और Fung का वायुमंडल में खनिज धूल का मॉडल: स्रोत, परिवहन और प्रकाशीय मोटाई। स्रोत

शहरी सतह ऊर्जा-संतुलन मॉडलिंग

सड़कें, छतें और दीवारें एक घाटी की तरह ली जाती हैं जो हवा से ऊष्मा, नमी और संवेग का आदान-प्रदान करती है, ताकि शहरी ऊष्मा द्वीप और इमारतों की शीतलन-ज़रूरत का अनुमान लगे।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: शहर अपने आसपास के देहात से ज़्यादा गर्म क्यों होता है?

छोड़ता है: शहरों को आदर्श घाटियों तक घटा दिया गया है, इसलिए इमारतों का ब्योरा और यातायात की गर्मी अनुमानित हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान किसी महानगर क्षेत्र के वायुमंडलीय मॉडल के भीतर एक कैन्यन योजना।तब से: 2000 मैसन की वायुमंडलीय मॉडलों में शहरी ऊर्जा-बजट की भौतिकी-आधारित योजना। स्रोत

थर्मोस्फ़ीयर और आयनमंडल मॉडलिंग

100 से 600 किलोमीटर पर ऊपरी वायुमंडल, जो धूप और कणों से गर्म होता है, हवाओं और विद्युत धाराओं के साथ जो उपग्रह के खिंचाव और रेडियो संकेतों को बदलती हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: सौर गतिविधि ऊपरी वायुमंडल और रेडियो प्रसार को कैसे बदलती है?

छोड़ता है: निचली सीमा और ऊपर से आने वाली ऊर्जा विरल डेटा से थोपी जाती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹³ FLOPS मोटा अनुमान अंतरिक्ष मौसम के कई दिनों पर युग्मित ऊपरी-वायुमंडल सिमुलेशन।तब से: 1988 रोबल, रिडली, रिचमंड और डिकिंसन का युग्मित तापमंडल/आयनमंडल सामान्य परिसंचरण मॉडल। स्रोत

महासागर परिसंचरण

दुनिया के महासागरों में बहती धाराएँ, भँवर, ऊष्मा और नमक।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या अटलांटिक की विशाल ओवरटर्निंग धाराएँ धीमी पड़ सकती हैं?

छोड़ता है: गर्मी और कार्बन को मिलाने वाले भँवर ज़्यादातर ग्रिड से छोटे होते हैं, इसलिए उनका असर पैरामीटर से लेना पड़ता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान एक बड़ा क्लस्टर, कई दशकों के रन के लिए कुछ हफ़्ते।तब से: 1969 ब्रायन का वैश्विक महासागर-परिसंचरण का पहला कंप्यूटर मॉडल।

सुनामी और तूफ़ानी लहर

भूकंपों या तूफ़ानों से उठी लहरें, जो महासागर पार करके तट पर चढ़ आती हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: पानी कितना ऊँचा चढ़ेगा, और कौन-सी सड़कें पहले डूबेंगी?

छोड़ता है: तटीय सुरक्षा और जल-निकासी आमतौर पर रन-अप (तट पर चढ़ाव) के विभेदन से कहीं नीचे के स्तर तक सरल की जाती हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹³ FLOPS मोटा अनुमान एक वर्कस्टेशन; तटीय चेतावनी के रन के लिए कुछ मिनट।तब से: 1969 आइदा के सुनामी का मॉडल बनाने वाले शुरुआती संख्यात्मक प्रयोग।

नदियाँ और बाढ़

जलग्रहण क्षेत्र पर गिरती बारिश, जो सोख ली जाती है या धाराओं, नदियों और बाढ़ के मैदानों में बह जाती है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: इस तूफ़ान से कितनी बड़ी बाढ़ आती है, और कहाँ?

छोड़ता है: मिट्टी और भूमि-उपयोग को जलग्रहण क्षेत्र भर में औसत कर दिया जाता है, जिससे वह एक खेत या नाला छिप जाता है जिसमें सचमुच बाढ़ आती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान एक लैपटॉप; एक जलग्रहण-क्षेत्र का रन कुछ मिनट लेता है।तब से: 1966 क्रॉफ़र्ड और लिन्सले का स्टैनफ़ोर्ड जलग्रहण वर्षा-अपवाह मॉडल।

भूजल

जलभृतों में मिट्टी और चट्टान के बीच धीरे-धीरे बहता पानी।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: कुओं के सूखने से पहले हम इस जलभृत को कितनी देर पंप कर सकते हैं?

छोड़ता है: भूमिगत चट्टान और मिट्टी के गुण सैकड़ों मीटर दूर बोरहोलों से मापे जाते हैं, इसलिए जलभृत का ज़्यादातर हिस्सा अनुमान से भरा जाता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान एक लैपटॉप या वर्कस्टेशन; प्रति जलभृत कुछ मिनटों से कुछ घंटे।तब से: 1968 पिंडर और ब्रेडेहोफ़्ट का शुरुआती परिमित-अंतर जलभृत मॉडल।

समुद्री बर्फ़

महासागर की सतह पर तैरती बर्फ़, जो हवा, लहरों और गर्मी के तहत चटकती, उभरी कटकें बनाती, बहती और पिघलती है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: गर्मियों के अंत तक आर्कटिक महासागर का कितना हिस्सा अब भी बर्फ़ से ढका रहेगा?

छोड़ता है: दरारों और उभारों वाली बर्फ़ की अलग-अलग तख़्तियों के विषम मैदान को एक चिकनी सतत चादर मानता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁵ FLOPS मोटा अनुमान एक विश्वविद्यालय या राष्ट्रीय क्लस्टर, महासागर के रन से जुड़ा, कुछ हफ़्ते।तब से: 1969 बहती आर्कटिक समुद्री बर्फ़ के शुरुआती कंप्यूटर मॉडल।

महासागर तरंग पूर्वानुमान

खुले पानी पर बहती हवा, जो ज़ोर की लहरें और हल्की तरंगें बनाती और मोड़ती है, ताकि जहाज़ों और तटों के लिए लहरों की ऊँचाई और दिशा का पूर्वानुमान लगे।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: कल यहाँ समुद्र कितना अशांत रहेगा?

छोड़ता है: सबसे तीखी, टूटती चोटियों पर ख़राब प्रदर्शन करता है, जो समुद्री सुरक्षा के लिए सबसे ज़रूरी हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁵ FLOPS मोटा अनुमान राष्ट्रीय पूर्वानुमान केंद्र का क्लस्टर, दिन में कई बार चलाया जाता है।तब से: 1956 युद्धकालीन स्वेल-पूर्वानुमान विधियों के बाद शुरुआती संख्यात्मक लहर-पूर्वानुमान।

बाढ़ जलप्लावन की मॉडलिंग

नदी या तूफ़ान का पानी बाढ़ के मैदान में भूभाग ग्रिड पर फैलता है, ताकि बीमा और योजना के लिए गहराई और विस्तार का नक़्शा बने।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: बाढ़ में कौन-सी गलियाँ और खेत पानी में डूबते हैं?

छोड़ता है: त्रुटि पर भूभाग की सटीकता और आने वाले पानी का ग्राफ़ हावी होते हैं, संख्यात्मक विधि नहीं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान नदी बेसिन के द्वि-आयामी उथले-पानी या रास्टर मॉडल।तब से: 2000 बेट्स और डे रू का बाढ़-जलप्लावन सिमुलेशन के लिए सरल रास्टर-आधारित मॉडल। स्रोत

तटीय और ज्वारनदमुख परिसंचरण की मॉडलिंग

ज्वार, नदियाँ और हवाएँ खाड़ियों और ज्वारनदमुखों में पानी, नमक और तलछट को भूभाग का अनुसरण करने वाले ग्रिड पर हिलाती हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: ज्वार और नदियाँ तट के साथ पानी को कैसे मिलाते हैं?

छोड़ता है: छोटे पैमाने का मिश्रण और समुद्र-गहराई की त्रुटियाँ तट के पास सटीकता को सीमित करती हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान साल भर के रनों वाला त्रि-आयामी क्षेत्रीय मॉडल।तब से: 1987 ब्लमबर्ग और मेलर का त्रि-आयामी तटीय महासागर-परिसंचरण मॉडल का वर्णन। स्रोत

समुद्री मलबे और लाग्रांजी बहाव का मॉडलिंग

सिमुलेटेड या देखी गई समुद्री धाराओं में बहते आभासी कण, ताकि पता चले कि तैरता प्लास्टिक, तेल या लार्वा कहाँ जाते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: किसी तट से बहता प्लास्टिक कहाँ पहुँचता है?

छोड़ता है: हवा का असर, तरंगों का बहाव और कणों का डूबना या टूटना कम ज्ञात हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान एक साल के सागरीय प्रवाह में बहाए गए लाखों कण।तब से: 2012 van Sebille, England और Froyland का देखे गए सतही बहाव-यंत्रों से महासागरीय कचरा-पैच की उत्पत्ति, गतिकी और विकास। स्रोत

पेट्रोलियम और गैस जलाशय सिमुलेशन

चट्टान के जलाशय के छिद्रों से कुओं की ओर बहते तेल, गैस और पानी, ताकि ड्रिलिंग की योजना बने और अनुमान लगे कि कितना निकाला जा सकता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: कोई तेल क्षेत्र कितना तेल देगा, और कुएँ कहाँ होने चाहिए?

छोड़ता है: कुओं के बीच चट्टान के गुण विरल डेटा से अनुमानित हैं, इसलिए अनिश्चितता आम तौर पर संख्यात्मक विधि से बड़ी होती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹³ FLOPS मोटा अनुमान लाखों कक्षों वाले भूवैज्ञानिक मॉडल में बहु-प्रावस्था प्रवाह।तब से: 1955 पीसमैन और रैचफ़ोर्ड का परवलयिक और दीर्घवृत्तीय अवकल समीकरणों का संख्यात्मक हल, जो शुरुआती जलाशय सिमुलेटरों का आधार था। स्रोत

हिमनद-समस्थितिक समायोजन और समुद्र-स्तर के फ़िंगरप्रिंट

बर्फ़ की चादरों के पिघलने और महासागरों के पुनर्वितरण पर पृथ्वी की पपड़ी का उभरना, ताकि क्षेत्रीय समुद्र-स्तर परिवर्तन और गुरुत्व क्षेत्र का अनुमान लगे।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: बर्फ़ पिघलने पर कुछ जगहों पर समुद्र-स्तर क्यों गिरता है और दूसरी जगहों पर बढ़ता है?

छोड़ता है: प्लेटों के नीचे मैंटल की श्यानता ठीक से तय नहीं है और क्षेत्र-दर-क्षेत्र बदलती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान गोले पर हल किए गए श्यानप्रत्यास्थ पृथ्वी मॉडल।तब से: 1976 फ़ैरेल और क्लार्क की हिमनद-पश्चात समुद्र-स्तर की गणना। स्रोत

भूगर्भीय कार्बन-डाइऑक्साइड भंडारण सिमुलेशन

अंतःक्षेपित कार्बन डाइऑक्साइड का खारी चट्टान संरचना में फैलना, ऊपर उठना और घुलना, जिसमें आवरण-चट्टान, केशिकत्व और खनिज अभिक्रियाओं से फँसने को सदियों तक देखा जाता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: क्या गैस ज़मीन के नीचे रहेगी, और कहाँ जाती है?

छोड़ता है: बोरहोल के नीचे की चट्टान केवल कुछ कुओं और सर्वेक्षणों से जानी जाती है, इसलिए पारगम्यता और भ्रंशों का अनुमान बड़ी अनिश्चितता के साथ लगाया जाता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁵ FLOPS मोटा अनुमान हज़ारों साल के बेसिन-पैमाने के मॉडल के लिए क्लस्टर पर हफ़्ते।तब से: 2002 भूगर्भीय CO2 निपटान के संख्यात्मक कोडों की Lawrence Berkeley तुलना। स्रोत

भूमिगत में अभिक्रियाशील परिवहन

चट्टान या मिट्टी में रसायन ले जाता पानी, जब खनिज घुलते, जमते और आयनों की अदला-बदली करते हैं, प्रवाह के साथ मिलाकर हल किया गया।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: किसी जलभृत या भंडार का रसायन और उसमें पानी के बहने के रास्ते समय के साथ एक-दूसरे को कैसे बदलते हैं?

छोड़ता है: प्रयोगशाला में मापी गई अभिक्रिया दरें उस चट्टान पर लगाई जाती हैं जिसका ज़मीन में अभिक्रियाशील सतह क्षेत्र अज्ञात है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान त्रि-आयामी खेत-स्थल के लिए क्लस्टर पर कुछ दिन।तब से: 1985 लिक्टनर का जलतापीय तंत्रों में युग्मित रासायनिक अभिक्रियाओं और द्रव्यमान परिवहन का सातत्यक मॉडल। स्रोत

मैंटल संवहन और प्लेट विवर्तनिकी

ग्रह के भीतर दसियों करोड़ वर्षों में सरकती गर्म चट्टान, जो ऊपर की प्लेटों को ढोती है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: पृथ्वी में प्लेट विवर्तनिकी क्यों है जबकि उसके पड़ोसियों में नहीं?

छोड़ता है: एक साथ लाखों सिमुलेटेड वर्ष चलाता है, इसलिए किसी एक भूकंप को नहीं दिखा सकता।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁵ FLOPS मोटा अनुमान एक विश्वविद्यालय का क्लस्टर, एक लंबे रन के लिए कुछ हफ़्ते।तब से: 1974 मैकेंज़ी, रॉबर्ट्स और वाइस का पहला संख्यात्मक मैंटल संवहन मॉडल।

भूकंप और भूकंपीय तरंगें

भ्रंश टूटते हैं और तरंगें पर्पटी में फैलकर ज़मीन को हिलाती हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: अगर वह भ्रंश टूटा तो यह शहर कितनी ज़ोर से हिलेगा?

छोड़ता है: विदारण का शुरुआती बिंदु और भ्रंश की ठीक-ठीक खुरदुराहट पहले से जानी नहीं, मानी जाती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁶ FLOPS मोटा अनुमान राष्ट्रीय या विश्वविद्यालय का क्लस्टर, बड़े भ्रंश-विस्फोट के लिए कुछ दिन।तब से: 1968 आल्टरमैन और कराल का भूकंपीय तरंगों का शुरुआती परिमित-अंतर मॉडल।

ज्वालामुखी विस्फोट और लावा प्रवाह

ऊपर उठता, फूटता और लावा, राख या तेज़ गर्म बादलों के रूप में ढलान पर बहता मैग्मा।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: अगर ज्वालामुखी फटे तो कौन-से गाँव रास्ते में हैं?

छोड़ता है: यह नहीं बता सकता कि विस्फोट कब शुरू होगा, केवल यह कि शुरू होने के बाद क्या होता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹³ FLOPS मोटा अनुमान एक वर्कस्टेशन या छोटा क्लस्टर, प्रति परिदृश्य कुछ घंटे।तब से: 1980 ज्वालामुखी-मुख से नीचे बहते लावा के शुरुआती कंप्यूटर मॉडल।

भू-दृश्य विकास

नदियाँ घाटियाँ काटती हैं, ढलानें खिसकती हैं और तट हज़ारों से लाखों वर्षों में कटते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: इस भू-दृश्य को अपना आकार कैसे मिला?

छोड़ता है: दस लाख साल एक रन में समेट देता है, इसलिए कोई एक तूफ़ान या चट्टान-गिरावट घिसकर मिट जाती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹³ FLOPS मोटा अनुमान एक वर्कस्टेशन; दस लाख साल के भू-दृश्य के लिए कुछ दिन।तब से: 1991 Willgoose और सहयोगियों का भू-दृश्य विकास का शुरुआती कंप्यूटर मॉडल।

जंगल की आग का फैलाव

ईंधन, भू-भाग और हवा के पार चलती आग, कोष्ठ-दर-कोष्ठ।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: छह घंटे में आग का अगला सिरा कहाँ होगा?

छोड़ता है: हवा, जो असली आग के व्यवहार का सबसे बड़ा कारक है, आमतौर पर एक स्थिर औसत में सरल कर दी जाती है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹³ FLOPS मोटा अनुमान एक वर्कस्टेशन या लैपटॉप; फैलती आग के अग्रभाग के लिए कुछ मिनट।तब से: 1972 रॉथरमेल के आग-प्रसार समीकरण, जिन्हें जल्दी ही पूर्वानुमान के लिए कंप्यूटरीकृत किया गया।

इंटरैक्टिव मॉडल चलाइए

भूस्खलन और मलबे का प्रवाह

मिट्टी, चट्टान या कीचड़ की ढलान, जो टूटकर नीचे की ओर खिसकती है, और जिसे इस तरह देखा जाता है कि वह तेज़ होती, फैलती और नीचे की ज़मीन को दबा देती है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: यह ढलान टूटने के बाद कितनी दूर तक और कितनी तेज़ी से जाएगी?

छोड़ता है: ढलान के असल में टूटने का क्षण अब भी उस पूर्वानुमान से कठिन है कि टूटने के बाद क्या होता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹³ FLOPS मोटा अनुमान एक वर्कस्टेशन या छोटा क्लस्टर, प्रति ढलान-परिदृश्य कुछ घंटे।तब से: 1980 ढहती ढलान के शुरुआती कंप्यूटर रनआउट मॉडल।

भौतिकी-आधारित भूकंपीय जोखिम

भूकंप में भ्रंश के टूटने और तरंग-प्रसार के सिमुलेशन अनुभवजन्य क्षीणन-नियमों की जगह लेते हैं, ताकि हर स्थल पर कंपन मिले।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: हर संभावित टूटन पर यहाँ ज़मीन कितनी तेज़ हिलेगी?

छोड़ता है: एक ज्ञात वेग मॉडल चाहिए, और उच्च आवृत्तियों को स्पष्ट रूप से पकड़ना कठिन है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁸ FLOPS मोटा अनुमान कई टूटन परिदृश्य, हर एक 3D तरंग सिमुलेशनतब से: 2010 CyberShake: a physics-based seismic hazard model for Southern California (2010) स्रोत

जियोडायनेमो सिमुलेशन

पृथ्वी के कोर में तरल लोहे का संवहन चुंबकीय क्षेत्र बनाता और टिकाए रखता है, उसके बेतरतीब उलटावों समेत।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: पृथ्वी का कोर अपना चुंबकीय क्षेत्र कैसे बनाता है, और वह पलटता क्यों है?

छोड़ता है: श्यानता और चालकता के मान असली से बहुत दूर हैं, इसलिए प्रवाह पृथ्वी के भीतर से कहीं ज़्यादा चिकना है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁸ FLOPS मोटा अनुमान उस डायनमो के लिए सुपरकंप्यूटर पर कुछ महीने, जो अब भी पृथ्वी जैसी स्थितियों से बहुत दूर चलता है।तब से: 1995 ग्लात्ज़माइर और रॉबर्ट्स का भू-चुंबकीय क्षेत्र के उलटाव का त्रि-आयामी स्व-संगत सिमुलेशन। स्रोत

पूर्ण-तरंगरूप भूकंपीय प्रतिलोम

भूकंपीय तरंगें एक परीक्षण पृथ्वी मॉडल से बार-बार गुज़ारी जाती हैं, जिसे तब तक समायोजित किया जाता है जब तक संश्लेषित और दर्ज तरंगें मेल न खाएँ, ताकि चट्टान की संरचना की छवि बने।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: हमारे नीचे की चट्टान उन तरंगों को कैसी दिखती है जो उसे पार करके गई हैं?

छोड़ता है: प्रतिलोमन ग़लत हलों पर अटक सकता है, जब तक शुरुआती मॉडल पास न हो।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान अनुकूलन लूप के भीतर तरंग सिमुलेशन के हज़ारों रन।तब से: 1984 Tarantola का ध्वनिक सन्निकटन में भूकंपीय परावर्तन डेटा का प्रतिलोमन। स्रोत

स्पेक्ट्रल-एलिमेंट भूकंपीय तरंग प्रसार

भूकंप की तरंगें पर्पटी या पूरी पृथ्वी के त्रि-आयामी मॉडल में उच्च-कोटि के तत्वों के साथ चलती हैं, जो स्थलाकृति और परतों का अनुसरण करते हैं।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: तरंगें असली, ऊबड़-खाबड़ पृथ्वी में कैसे यात्रा करती हैं?

छोड़ता है: पृथ्वी के मॉडल छोटे पैमाने की संरचना और क्षीणन में अनिश्चित हैं, इसलिए छोटी अवधियाँ कम भरोसेमंद हैं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁷ FLOPS मोटा अनुमान कुछ सेकंड की अवधियों को हल करते हुए पूरी पृथ्वी के रन।तब से: 1998 कोमाटिच और विलोट की द्वि- और त्रि-आयामी संरचनाओं की भूकंपीय प्रतिक्रिया के लिए वर्णक्रमीय तत्व विधि। स्रोत

भूकंप-चक्र सिमुलेशन

एक भ्रंश, जिस पर प्लेटों की गति धीरे-धीरे दबाव डालती है और जिसमें घर्षण चिपकता और फिसलता है। इसे शांत जमाव और अचानक टूटने के कई चक्रों तक सिमुलेट किया जाता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: भूकंप किसी भ्रंश पर सदियों में बार-बार कैसे आते हैं?

छोड़ता है: घर्षण नियम प्रयोगशाला से निकला है और उन गहराइयों और गतियों तक खींचा गया है जो कभी मापी नहीं गईं।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान हज़ारों वर्षों के दर-और-अवस्था भ्रंश चक्र।तब से: 1986 Tse और Rice का घर्षण-फिसलन गुणों की गहराई-भिन्नता के संदर्भ में पपड़ी में भूकंपीय अस्थिरता। स्रोत

स्टोकेस्टिक भूकंप-सूची मॉडल

सांख्यिकीय मॉडल से बनाए गए कृत्रिम भूकंप-क्रम, जिसमें हर झटका बाद के झटकों की संभावना बढ़ाता है, ताकि गुच्छन और जोखिम का पूर्वानुमान हो सके।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: बड़े भूकंप के बाद आफ़्टरशॉक आने की कितनी संभावना है?

छोड़ता है: मॉडल सांख्यिकीय गुच्छन पकड़ता है, पर उसमें भ्रंश-तनाव की कोई भौतिकी नहीं है।

इस पर चलता है: लगभग 10⁶ FLOPS मोटा अनुमान स्टोकेस्टिक सूचियाँ कम लागत की होती हैं, और लंबा समूह वर्कस्टेशन पर चल जाता है।तब से: 1988 ओगाटा के भूकंपों की घटनाओं के सांख्यिकीय मॉडल और बिंदु प्रक्रमों के लिए अवशिष्ट विश्लेषण। स्रोत

भूमि-सतह मॉडल

मिट्टी, पौधों और हवा के बीच पानी, ऊष्मा और कार्बन डाइऑक्साइड का आदान-प्रदान, जो वायुमंडल और जलवायु मॉडलों के लिए सतह घटक के रूप में लिखा जाता है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: पौधे और मिट्टी ज़मीन और हवा के बीच बहती गर्मी और पानी को कैसे नियंत्रित करते हैं?

छोड़ता है: वनस्पति को हर कोशिका के कुछ पैरामीटरों से बताया जाता है, और मिट्टी में पानी की गति बहुत सरल की गई है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹² FLOPS मोटा अनुमान जलवायु मॉडलों के भीतर हर ग्रिड-कोष्ठ के लिए एक-आयामी स्तंभ।तब से: 1986 सेलर्स, मिंट्ज़, सूद और डाल्चर का सामान्य परिसंचरण मॉडलों में इस्तेमाल के लिए सरल जीवमंडल मॉडल। स्रोत

युग्मित आग और वायुमंडल मॉडल

आग का अग्रभाग और उससे बनने वाली हवा को साथ हल किया जाता है। इसलिए आग की गर्मी हवा को खींचती है, बहाव बदलती है, और बदले में आग के फैलने और अंगारों व धुएँ के उड़ने को बदल देती है।

वह सवाल जिसका यह जवाब देता है: आग उस हवा को कैसे बदलती है जो उसे चलाती है?

छोड़ता है: दहन और ईंधन सरल दर-नियमों से दर्शाए जाते हैं, इसलिए चरम व्यवहार, जैसे वृक्ष-शिखर की आग और चिंगारियों का उड़ना, केवल मोटे तौर पर पकड़ा जाता है।

इस पर चलता है: लगभग 10¹⁴ FLOPS मोटा अनुमान दसियों मीटर के विभेदन पर एक बड़ी आग के लिए क्लस्टर पर कुछ दिन।तब से: 1996 क्लार्क, जेनकिन्स और कोएन का अग्नि-रेखा की गतिकी का युग्मित वायुमंडल-आग मॉडल। स्रोत