Ignacio Pisso
Research Institute for Global Change
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
CAC – Agosto 2010
Modelización numérica de la composición de la atmósfera de la
tierra
Composicion de la atmosfera
Inhomogeneidad de los componentes menores, como los gases de efecto invernadero, en todas las escalas.
La atmósfera: estructura vertical
● Capa límite planetaria, tropósfera y estratósfera
● Notorios cambios en la temperatura debidos a las fuentes de calor
El viento a gran escala
● Circulación general: convección/inyección tropical, circulación estratosférica
Por qué se mueve asi?
● Dinámica, 'forzaje externo'● La rotación de la tierra... Coriolis● La radiación del sol y de la tierra y los gradientes de
temperatura y de presión● Absorción y emisión: el “color” del aire● La composición determina la dinámica (no
solamente que lo respiramos)
La composición, la que determina la dinámica
Hay literalmente miles de gases en proporciones infimas pero no despreciables
Que efecto tienen?
La calidad del aire (la contaminacion influye mas, en la capa limite atmosférica cerca de la superficie)
● La polucion del aire es vieja como la civilizacion● Polución industrial, a veces mas peligrosa● Smog en el siglo XIX-XX ● Lluvia acida● Aerosoles (e.g. humo de quema de pastizales y
bosques, volcanes, polvo del sahara...)
Thomas Midgley, Jr.Inventor de las naftas con plomo yde los CFC entre otras cosas
No se le ocurria que podriamos llegar a modificar sustancialmente la composicion de la atmosfera global
El ozono estratosférico: el escudo contra la radiacion ultravioleta
● Fotoquímica Chapman 1930
● 70's Molina y los CFC● 1987 'smoking gun', y
el protocolo de Montreal
● Recuperacion y nuevas amenazas
Modelos numéricos
● Discretización de las ecuaciones de la mecánica de fluidos
● Diversas escalas de tiempo (previsión meteorológica vs climatológica) y espacio (global vs. micro/meso-escala )
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Contribution to the people and societyContribution to the people and society
Research on Research on Global ChangeGlobal Change
Research on Research on BiogeosciencesBiogeosciences
Principal Area of JAMSTECPrincipal Area of JAMSTEC
Research on Research on Earth EvolutionEarth Evolution
FundamentalFundamental Ocean-related Technology Ocean-related Technology and Developmentand Development
Understanding and Prediction of Global Change
Elucidating Earth Processes through the Oceans
Exploring Earth Systems through Biogeoscience
Advanced Marine Technology, Key National Technology, and Simulation Research and Development
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Deep sea cruising autonomous underwater vehicle: Urashima Deep-sea Drilling Vessel: Chikyu
Earth Simulator
Manned research submersible: Shinkai6500 A variety of research facilities
Achieved a world recordof 317km continuous cruising as an autonomous underwater vehicle in March 2005
The most maximum cruising depth in the world as a manned research
Largest scientific drilling vessel with the highest capabilities in the world
Ultrahigh-speed parallelsupercomputer
Its computational speed was improved by 3.2 times after new system was introduced in March 2009.
Technologies of obstacle avoidance sonar are applied for underwater acoustic camera.
Achieved 1,128 dives for 19 years since its first dive in June 1990 until March 2009.
Length : 210mBeam : 38mHeight : 130mGross tonnage : 57,087t
Achieved the world’s fastest computational speed from June 2002 to November 2004.
JAMSTEC’s World-Class TechnologiesJAMSTEC’s World-Class Technologies
Automatic Bottom Inspection and Sampling Mobile: ABISMO
Remotely Operated vehicle Hyper Dolphin
(3,000m water depth)
Remotely operated vehicle
Kaiko 7000 II(7,000m water depth)
DEEPBATH
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※The world record is 10,902m at water depth, achieved in May 2009 by the “Nereus” of the Woods Hole Oceanographic Institution.
(300℃ and about 640 atmospheric pressure)
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The Earth Science Museum
Supercomputer Bldg.Supercomputer Bldg.
Earth Simulator Research Bldg.
Frontier Research Bldg. / Conference Bldg.
The Earth Simulator Bldg.
Information Technology Bldg.
Yokohama Institute for Earth Sciences (YES)Yokohama Institute for Earth Sciences (YES)
1. Researcher/Engineer : 320 ( incl. 30 from foreign countries)
2. Administration : 80 3. Other: 50 Total: approx.450
Personnel in YES (number approx.)
● Meteorología, climatología, ciencias de la atmósfera ● La prediccion meteorologica vs climatologia● Asimilacion de datos, analisis y reanalisis vs 'free
running models'● Química atmosférica vs composicion● Modelos meso-escala (conveccion, nubes...)● Todos apuntan a describir el movimiento de un
fluido
Parte II: Transporte lagrangiano y composicion
● Adveccion y difusion turbulenta: influencia en el transporte intercontinental de polucion
● Potenciales de destruccion de ozono estratosferico● Flujos de emision y determinacion de fuentes
Modelos lagrangianos
● Seguir la trayectoria del viento
● Convenientes para estudiar medidas experimentales
(JGR - Pisso et al. 2009)
Modelo global: alta difusion
Modelo lagrangiano representa los gradientes on los bordes de la pluma.
Estimacion cuantitativa del borde (dinamico): el exponente de Lyapunov
Results: (JGR - Pisso et al. 2009)
CTM coarser resolution, plume smeared out
Resolution of the gradients at the borders of the plume because the representation trajectory separation.
Quantitative estimate of the border of the plume (dynamical): Lyapunov exponents
In situ measurements
Millones de puntos de medidaCombinando los datos con las trayectorias la base de datos se hace dificil de manejar...
Conclusiones
● Estudiar la composición del aire es interesante y relevante para varios problemas
● La perspectiva lagrangiana extiende el campo de lo modelizable
● Metodo estocastico extendido a capas mas bajas afectadas por conveccion. En el presente aplicacion a la capa limite planetaria
: Usa ES OS, basado en SUPER-UX,el Unix para supercomputadoras de arquitectura NEC SX. It is a port of System V Release 4.2MP (SVR4.2MP), but
includes many features adopted from BSD and Linux, along with some additional proprietary features
specific to a supercomputing environment.
SUPER-UX supports the Supercomputer File System (SFS).
Earth Simulator - SX-9/E/1280M160 / 2009NEC 1280 122.40 131.07 TFlops