महासागर सामान्य परिसंचरण मॉडल

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महासागर सामान्य परिसंचरण मॉडल (ओजीसीएम) महासागरों में भौतिक और थर्मोडायनामिकल प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए एक विशेष प्रकार के सामान्य परिसंचरण मॉडल हैं। महासागरीय सामान्य परिसंचरण को मेसोस्केल (क्रम 100 किमी और 6 महीने) से बड़े क्षैतिज अंतरिक्ष पैमाने और समय पैमाने के रूप में परिभाषित किया गया है। वे त्रि-आयामी ग्रिड का उपयोग करके महासागरों का चित्रण करते हैं जिसमें सक्रिय ऊष्मप्रवैगिकी सम्मिलित है और इसलिए यह जलवायु अध्ययन पर सबसे सीधे लागू होता है। ग्रीनहाउस गैस सांद्रता बढ़ाने के लिए वैश्विक महासागर प्रणाली की प्रतिक्रिया का अनुकरण करने के लिए वे वर्तमान में उपलब्ध सबसे उन्नत उपकरण हैं।[1] ओजीसीएम का एक पदक्रम विकसित किया गया है जिसमें स्थानिक कवरेज, रिज़ॉल्यूशन, भौगोलिक यथार्थवाद, प्रक्रिया विवरण आदि की विभिन्न डिग्री सम्मिलित हैं।

इतिहास

ओजीसीएम की पहली युग ने उच्च गति वाली बाहरी गुरुत्वाकर्षण तरंगों को खत्म करने के लिए " दृढ़ ढक्कन" (''रिजिड लिड'') अपनाया। सीएफएल मानदंड के अनुसार उन तीव्र तरंगों के बिना, हम एक बड़े समय कदम का उपयोग कर सकते हैं, जो कम्प्यूटेशनल रूप से इतना महंगा नहीं है। लेकिन इसने उन समुद्री ज्वारों और सुनामी की गति वाली अन्य लहरों को भी फ़िल्टर कर दिया था। इस धारणा के भीतर, किर्क ब्रायन (समुद्र विज्ञानी) और सह-कार्यकर्ता माइकल कॉक्स ने विश्व महासागर के लिए एक 2डी मॉडल, एक 3डी बॉक्स मॉडल और फिर भूभौतिकीय द्रव गतिशीलता प्रयोगशाला में परिवर्तनीय घनत्व के साथ पूर्ण परिसंचरण का एक मॉडल विकसित किया गया था। जटिल समुद्र तट और निचली स्थलाकृति।[2] निर्दिष्ट वैश्विक ज्यामिति के साथ पहला अनुप्रयोग 1970 के दशक की प्रारम्भ में किया गया था।[3] कॉक्स ने प्रत्येक बिंदु पर 12 ऊर्ध्वाधर स्तरों के साथ 2° अक्षांश-देशांतर ग्रिड डिज़ाइन किया गया था।

महासागर मॉडल, मेसोस्केल घटना, जैसे पर अधिक से अधिक शोध के साथ, अधिकांश समुद्री धाराओं के क्रॉस-स्ट्रीम आयाम विरूपण की रॉस्बी त्रिज्या के बराबर हैं, और अधिक जागरूकता प्राप्त करना प्रारम्भ कर दिया है। हालाँकि, संख्यात्मक मॉडल में उन भँवरों और धाराओं का विश्लेषण करने के लिए, हमें मध्य अक्षांशों में ग्रिड रिक्ति लगभग 20 किमी की आवश्यकता है। उन तेज़ कंप्यूटरों और आंतरिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों को हटाने के लिए समीकरणों को पहले से फ़िल्टर करने से बहुत बड़ी मदद हो गयी, और उन प्रमुख धाराओं और निम्न-आवृत्ति भंवरों को हल किया जा सकता है, एक उदाहरण हॉलैंड द्वारा डिज़ाइन किए गए तीन-परत अर्ध-जियोस्ट्रोफिक समीकरण, अर्ध-जियोस्ट्रोफिक मॉडल हैंl[4] इस बीच, आंतरिक गुरुत्वाकर्षण तरंग को बनाए रखने वाले कुछ मॉडल हैं, उदाहरण के लिए ओ'ब्रायन और उनके छात्रों द्वारा एक रुद्धोष्म स्तरित मॉडल, जिसने आंतरिक गुरुत्वाकर्षण तरंगों को बनाए रखा ताकि इन तरंगों से जुड़ी भूमध्यरेखीय और तटीय समस्याओं का समाधान किया जा सके, जिससे प्रारंभिक समझ उत्पत्ति हुई। उन तरंगों के संदर्भ में एल नीनो।[5]

1980 के दशक के उत्तरार्ध में, जीएफडीएल फॉर्मूलेशन का उपयोग करके सिमुलेशन अंततः व्यापक डोमेन पर साधारण रूप से हल किए गए भंवरों और प्रेक्षित हवाओं और घनत्व पर कुछ वायुमंडलीय प्रभाव के साथ किया जा सकता था।[6] इसके अलावा, पर्याप्त उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले ये सिमुलेशन जैसे कि 25° अक्षांश के दक्षिण में दक्षिणी महासागर,[7] उत्तरी अटलांटिक,[8] और आर्कटिक के बिना विश्व महासागर [9] डेटा के साथ पहली बार साइड-बाय-साइड तुलना प्रदान की गई। 1990 के दशक की प्रारम्भ में, उन बड़े पैमाने और एडीज़ समाधान योग्य मॉडलों के लिए, दृढ़ ढक्कन सन्निकटन से जुड़ी 2डी सहायक समस्या के लिए कंप्यूटर की आवश्यकता अत्यधिक होती जा रही थी। इसके अलावा, ज्वारीय प्रभावों की भविष्यवाणी करने या उपग्रहों से ऊंचाई डेटा की तुलना करने के लिए, समुद्र की सतह की ऊंचाई और दबाव का सीधे अनुमान लगाने के तरीके विकसित किए गए थे। उदाहरण के लिए, एक विधि पूर्ण 3डी मॉडल के प्रत्येक चरण के लिए समय में कई छोटे चरणों का उपयोग करके मुक्त सतह और लंबवत औसत वेग का समाधान करना है।[10] लॉस एलामोस नेशनल लेबोरेटरी में विकसित एक अन्य विधि मुक्त सतह के लिए एक अंतर्निहित विधि का उपयोग करके समान 2डी समीकरणों को हल करती है।[11] दोनों ही तरीके काफी कारगर हैंl

महत्व

ओजीसीएम के कई महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं: वायुमंडल, समुद्री बर्फ और भूमि प्रवाह के साथ गतिशील युग्मन जो वास्तव में संयुक्त रूप से समुद्री सीमा प्रवाह को निर्धारित करते हैं; जैव-भू-रासायनिक सामग्रियों का वाष्पोत्सर्जन; पुराजलवायु रिकॉर्ड की व्याख्या; प्राकृतिक परिवर्तनशीलता और मानवजनित उथल-पुथल दोनों के लिए जलवायु भविष्यवाणी; डेटा सम्मिलन और मत्स्य पालन और अन्य जैवमंडल प्रबंधन।[12] ओजीसीएम वैश्विक जलवायु मॉडल में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वे ऊष्मीय संतुलन बनाए रखते हैं क्योंकि वे उष्णकटिबंधीय से ध्रुवीय अक्षांशों तक ऊर्जा का परिवहन करते हैं। महासागर और वायुमंडल के बीच प्रतिक्रिया का विश्लेषण करने के लिए हमें महासागर मॉडल की आवश्यकता है, जो कई अलग-अलग समय के पैमाने पर जलवायु परिवर्तन को प्रारम्भ और बढ़ा सकता है, उदाहरण के लिए, एल नीनो की अंतर-वार्षिक परिवर्तनशीलता।[13] और बढ़ती ग्रीनहाउस गैसों के परिणामस्वरूप समुद्री ताप परिवहन के प्रमुख पैटर्न में संभावित संशोधन।[14] महासागर एक प्रकार की अंडरसैंपल्ड प्रकृति तरल प्रणाली हैं, इसलिए ओजीसीएम का उपयोग करके हम उन डेटा को रिक्त स्थान में भर सकते हैं और बुनियादी प्रक्रियाओं और उनके अंतर्संबंध की समझ में सुधार कर सकते हैं, साथ ही विरल टिप्पणियों की व्याख्या करने में मदद कर सकते हैं। हालांकि, जलवायु प्रतिक्रिया का अनुमान लगाने के लिए सरल मॉडल का उपयोग किया जा सकता है, वैश्विक जलवायु परिवर्तन का अनुमान लगाने के लिए केवल ओजीसीएम का उपयोग वायुमंडलीय सामान्य परिसंचरण मॉडल के साथ किया जा सकता है।[15]

ग्रिड प्रकार

विभिन्न प्रकार के ग्रिड प्रकार हैं जिनका उपयोग ओजीसीएम द्वारा किया जा सकता है। ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज ग्रिड के बीच प्रायः अलगाव होता है।[16]

क्षैतिज ग्रिड प्रकार

अधिकांश मॉडल निम्नलिखित क्षैतिज ग्रिड प्रकारों में से एक का उपयोग करते हैं।

परिमित अंतर ग्रिड

Schematic of three different grids used in OGCMs.
OGCMs में प्रयुक्त तीन अलग-अलग ग्रिडों का योजनाबद्ध। बाएं से दाएं ए, बी और सी ग्रिड। इनका उपयोग परिमित अंतर विधियों में किया जाता है।

परिमित अंतर विधि ग्रिड ओजीसीएम के लिए सबसे सामान्य ग्रिड प्रकार हैं।[17][18] ग्रिड के लिए, अरकावा ग्रिड का प्रायः उपयोग किया जाता है। A ग्रिड पर सभी मात्राओं की गणना एक ही बिंदु पर की जाती है। इसका उपयोग केवल कुछ प्रारंभिक ओजीसीएम में किया गया था। हालाँकि, यह तुरंत महसूस किया गया कि समाधान बेहद खराब थे। B ग्रिड में तापमान ग्रिड बक्से के किनारों पर वेग घटक होते हैं। जबकि C ग्रिड इन वेग घटकों को u और v घटक में अलग करता है। दोनों का उपयोग अभी भी विभिन्न मॉडलों में किया जाता है।

तथाकथित नेस्टेड ग्रिड मॉडल का होना भी संभव है। नेस्टेड ग्रिड मॉडल परिमित अंतर ग्रिड का एक अनुकूलन है जिसमें कुछ हिस्सों में ग्रिड बिंदुओं का घनत्व अधिक होता है।

परिमित तत्व ग्रिड

Simple finite element grid around the island of Terschelling.

कभी-कभी मॉडल परिमित तत्व विधि का उपयोग करते हैं। यहां, चर को त्रिकोणीय ग्रिड पर हल किया जाता है। परिमित तत्व ग्रिड का बड़ा लाभ यह है कि यह मॉडल के पूरे डोमेन में लचीले रिज़ॉल्यूशन की अनुमति देता है। तटीय वातावरण के निकट प्रवाह का अध्ययन करते समय यह विशेष रूप से उपयोगी होता है क्योंकि तट को अधिक आसानी से मैप किया जा सकता है।

स्पेक्ट्रल ग्रिड

स्पेक्ट्रल ग्रिड ओजीसीएम के लिए सबसे कम उपयोग किए जाने वाले ग्रिड हैं, जबकि वायुमंडलीय सामान्य परिसंचरण मॉडल में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।[19] वायुमंडलीय मॉडल की तुलना में समुद्र में अधिक जटिल सीमा स्थितियों के कारण महासागर मॉडलिंग के लिए उनका उपयोग करना कठिन है, जहां उनका बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।

लंबवत ग्रिड प्रकार

Figure showing four types of coordinate systems. अर्थात् एक Z, सिग्मा और दो प्रकार की आइसोपाइकनाल समन्वय प्रणालियाँमहासागरीय सामान्य परिसंचरण मॉडल के लिए उपयोग किए जाने वाले ऊर्ध्वाधर ग्रिड प्रायः अपने वायुमंडलीय समकक्षों से भिन्न होते हैं। वायुमंडलीय मॉडल प्रायः इसकी आइसेंट्रोपिक प्रक्रिया प्रकृति के कारण दबाव को ऊर्ध्वाधर समन्वय के रूप में उपयोग करते हैं।

  • कार्तीय निर्देशांक प्रणाली z-निर्देशांक
  • सिग्मा समन्वय प्रणाली
  • आइसोपाइकनल निर्देशांक

Z समन्वय प्रणाली

z समन्वय प्रणाली जिसमें ऊंचाई को समन्वय के रूप में लिया जाता है, लागू करने के लिए सबसे सरल प्रकार की प्रणाली है। परतें प्रायः अलग-अलग गहराई की होती हैं, समुद्र के शीर्ष के पास की परतें गहरी परतों की तुलना में पतली होती हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि सतह के नजदीक की विशेषताएं छोटे पैमाने पर होती हैं। Z-समन्वय प्रणालियों में विषम डायबेटिक मिश्रण के कारण निचली सीमा परत और डाउनस्लोप प्रवाह का प्रतिनिधित्व करने में कठिनाइयाँ होती हैं।[20]

सिग्मा निर्देशांक

सिग्मा समन्वय प्रणाली में निचली स्थलाकृति प्रत्येक क्षैतिज ग्रिड बिंदु पर ऊर्ध्वाधर परत की मोटाई निर्धारित करती है। इसी प्रकार Z समन्वय प्रणाली में परतें प्रायः आंतरिक भाग की तुलना में सतह और/या नीचे के निकट अधिक दूरी पर होती हैं। सिग्मा निर्देशांक सीमा परत को बेहतर ढंग से प्रस्तुत करने की अनुमति देते हैं, लेकिन जब तेज निचली स्थलाकृति सुविधाओं को सुचारू नहीं किया जाता है तो दबाव ढाल त्रुटियों के साथ कठिनाइयां होती हैं।[16]

आइसोपाइकनल मॉडल

आइसोपाइकनल मॉडल किसी दिए गए दबाव स्तर पर संभावित घनत्व को ऊर्ध्वाधर समन्वय के रूप में मॉडल करते हैं। इस प्रकार परतें पूरे डोमेन में मोटाई में भिन्न होती हैं। ट्रेसर ट्रांसपोर्ट का अध्ययन करते समय इस प्रकार का मॉडल विशेष रूप से उपयोगी होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ट्रेसर प्रायः स्थिर घनत्व की रेखाओं के साथ चलते हैं। आइसोपाइकनल मॉडल में स्तरित मॉडल के साथ सूक्ष्म अंतर होता है। मुख्य अंतर यह है कि क्या मॉडल आइसोपाइकनल्स को लुप्त होने की अनुमति देता है। स्तरित मॉडलों के लिए आइसोपाइकनल्स को लुप्त होने की अनुमति नहीं है जिससे कम्प्यूटेशनल गति लाभ होता है।[16][21]

सबग्रिडस्केल पैरामीटराइजेशन

महासागर मानकीकरण योजना परिवार वृक्ष

आणविक घर्षण शायद ही कभी समुद्र में प्रमुख संतुलन (जियोस्ट्रोफिक और हाइड्रोस्टैटिक) को बिगाड़ता है। v=10−6m 2s−1 की गतिक श्यानता के साथ एकमान संख्या एकता से छोटे परिमाण के कई क्रम है; इसलिए, बड़े पैमाने पर समुद्री गतिविधियों के लिए आणविक घर्षण बल निश्चित रूप से नगण्य हैं। इसी तरह का तर्क ट्रेसर समीकरणों के लिए है, जहां आणविक थर्मोडिफ्यूसिविटी और नमक डिफ्यूसिविटी रेनॉल्ड्स संख्या को नगण्य परिमाण की ओर ले जाती है, जिसका अर्थ है कि आणविक डिफ्यूसिव टाइम स्केल एडवेक्टिव टाइम स्केल से कहीं अधिक लंबे होते हैं। इस प्रकार हम सुरक्षित रूप से यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि आणविक प्रक्रियाओं के प्रत्यक्ष प्रभाव बड़े पैमाने के लिए महत्वहीन हैं। फिर भी आणविक घर्षण कहीं न कहीं आवश्यक है। मुद्दा यह है कि समुद्र में बड़े पैमाने पर गतियाँ आदिम समीकरण में गैर-रैखिकताओं द्वारा अन्य पैमानों के साथ परस्पर क्रिया करती हैं। हम इसे रेनॉल्ड्स दृष्टिकोण द्वारा दिखा सकते हैं, जो बंद होने की समस्या को उत्पत्ति देगा। इसका मतलब है कि रेनॉल्ड्स औसत प्रक्रिया में प्रत्येक स्तर पर नए चर उत्पन्न होते हैं। इससे उन सब ग्रिड स्केल प्रभावों को ध्यान में रखने के लिए पैरामीटरीकरण योजना की आवश्यकता होती है।

यहां सबग्रिडस्केल (एसजीएस) मिश्रण योजनाओं का एक योजनाबद्ध "फॅमिली ट्री" है। हालाँकि आज उपयोग में आने वाली विभिन्न प्रकार की योजनाओं के बीच काफी हद तक ओवरलैप और अंतर्संबंध है, कई शाखा बिंदुओं को परिभाषित किया जा सकता है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि पार्श्व और ऊर्ध्वाधर सबग्रिडस्केल बंद करने के दृष्टिकोण काफी भिन्न होते हैं। संख्यात्मक रूप से आवश्यक छोटे पैमाने के रव को दूर करने के लिए फ़िल्टर और उच्च-क्रम ऑपरेटरों का उपयोग किया जाता है। वे विशेष गतिशील मानकीकरण (स्थलाकृतिक तनाव, एड़ी की मोटाई का प्रसार और संवहन) कुछ प्रक्रियाओं के लिए उपलब्ध हो रहे हैं। ऊर्ध्वाधर में, वायु-समुद्र विनिमय में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका के कारण सतह मिश्रित परत (एसएमएल) पर ऐतिहासिक रूप से विशेष ध्यान दिया गया है। अब ऐसी बहुत सी योजनाएं हैं जिन्हें चुना जा सकता है: प्राइस-वेलर-पिंकल, पकानोवक्सी और फिलेंडर, बल्क, मेलोर-यामाडा और के-प्रोफाइल पैरामीटराइजेशन (केपीपी) योजनाएं हैं।[22]

अनुकूली (गैर-स्थिर) मिश्रण लंबाई योजनाओं का व्यापक रूप से पार्श्व और ऊर्ध्वाधर मिश्रण दोनों के मानकीकरण के लिए उपयोग किया जाता है। क्षैतिज में, तनाव और तनाव (स्माग्रोइन्स्की), ग्रिड रिक्ति और रेनॉल्ड्स संख्या (रे/Re) की दर पर निर्भर पैरामीटरीकरण की वकालत की गई है। ऊर्ध्वाधर में, फ़ंक्शन स्थिरता आवृत्ति (N^2) और/या रिचर्डसन संख्या के रूप में लंबवत मिश्रण ऐतिहासिक रूप से प्रचलित हैं। घुमाए गए मिश्रण टेंसर योजना मिश्रण की सिद्धांत दिशा के कोण पर विचार करने वाली योजना है, जैसा कि मुख्य थर्मोकलाइन में होता है, आइसोपाइकनल्स के साथ मिश्रण डायापिकनल मिश्रण पर हावी होता है। इसलिए, मिश्रण की सिद्धांत दिशा न तो सख्ती से लंबवत है और न ही पूरी तरह से क्षैतिज है, बल्कि दोनों का स्थानिक रूप से परिवर्तनशील मिश्रण है।

ओजीसीएम का स्पिन-अप

ओजीसीएम सत्य से प्राप्त स्ट्रीमफंक्शन स्पिन-अप।[23] 0.5x0.5 डिग्री रिज़ॉल्यूशन और 60 ऊर्ध्वाधर परतों के साथ। यह दर्शाता है कि एकीकरण के 256 दिनों में स्ट्रीमफ़ंक्शन की ताकत कैसे बदल जाती है।

अध्ययन किए गए बेसिनों का वास्तविक रूप से प्रतिनिधित्व करने में सक्षम होने के लिए ओजीसीएम को लंबे स्पिन-अप समय की आवश्यकता होती है। स्पिन-अप समय वह समय है जो एक मॉडल को एक निश्चित संतुलन तक पहुंचने के लिए आवश्यक होता है। इस संतुलन को प्रायः एक सांख्यिकीय पैरामीटर के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिस पर समय के साथ चर की एक श्रृंखला में परिवर्तन एक निश्चित संख्या में सिमुलेशन टाइमस्टेप के लिए निर्धारित सीमा से नीचे हो जाता है। वैश्विक स्तर के ओजीसीएम के लिए इस स्थिति तक पहुंचना प्रायः एक चुनौती होती है। किसी मॉडल को संतुलन अवस्था तक पहुंचने में हजारों मॉडल वर्ष लग सकते हैं। जिस गति से यह संतुलन पहुंचता है वह थर्मोकलाइन के नीचे धीमी प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित होता है।

स्पिन-अप समय घटाना

ओजीसीएम के स्पिन-अप समय को कम करने के लिए कई प्रयास किए गए हैं।[24][25] एक मॉडल के त्वरित अभिसरण के लिए, कई तरीके प्रस्तावित किए गए हैं। बेहतर प्रारंभिक स्थितियाँ किसी मॉडल को स्पिन-अप करने के लिए आवश्यक समय को काफी कम कर देती हैं। हालाँकि, यह हमेशा संभव नहीं है, खासकर गहरे समुद्र के लिए।

दूसरा दृष्टिकोण विकृत भौतिकी दृष्टिकोण है।[26] यह इस आधार पर काम करता है कि महासागर में थर्मोकलाइन के ऊपर अपेक्षाकृत कम समय के पैमाने पर प्रक्रियाएं होती हैं। जबकि थर्मोकलाइन के नीचे की प्रक्रियाएँ प्रायः विसरित और बहुत धीमी होती हैं। इन प्रक्रियाओं का त्वरण स्थानीय ताप क्षमता को कम करके प्राप्त किया जाता है, जबकि परिवहन और ताप के मिश्रण को नहीं बदला जाता है। इससे इन मॉडलों के लिए संतुलन तक पहुंचने की गति बहुत तेज हो जाती है और समान रिज़ॉल्यूशन वाले वायुमंडलीय मॉडल के समान ही कुशल हो जाती है। यह विधि बहुत सफल है क्योंकि (लगभग) है[27]) मॉडल के अंतिम समाधान में कोई बदलाव नहीं होती है।

एक्सट्रपलेशन द्वारा स्पिन-अप समय को कम करना भी संभव है। इस विधि में, तापमान और लवणता क्षेत्रों को इस धारणा के साथ बार-बार एक्सट्रपलेशन किया जाता है कि वे तेजी से अपने संतुलन मूल्य की ओर क्षय करते हैं।[25]यह विधि कुछ परिस्थितियों में स्पिन-अप समय को दो या तीन गुना तक कम कर सकती है।

तीसरी प्रस्तावित विधि जैकोबियन-मुक्त न्यूटन-क्रायलोव विधि है।[25]यह विधि स्पष्ट ओजीसीएम के जैकोबियन मैट्रिक्स और निर्धारक से प्राप्त मैट्रिक्स-वेक्टर उत्पादों का उपयोग करती है। यह विधि कई उपस्थित स्पष्ट ओजीसीएम पर लागू की जा सकती है और स्पिन-अप समय को काफी तेज कर सकती है।

वायुमंडलीय सामान्य परिसंचरण मॉडल के साथ तुलना

ओजीसीएम और वैश्विक जलवायु (एजीसीएम) मॉडल में बहुत कुछ समान है, जैसे गति के समीकरण और संख्यात्मक तकनीक है। हालाँकि, ओजीसीएम में कुछ अनूठी विशेषताएं हैं। उदाहरण के लिए, वायुमंडल अपने पूरे आयतन में ऊष्मीय रूप से मजबूर होता है, महासागर मुख्य रूप से अपनी सतह पर ऊष्मीय और यंत्रवत् दोनों तरह से मजबूर होता है, इसके अलावा, महासागर बेसिनों की ज्यामिति बहुत जटिल होती है। सीमा की स्थितियाँ बिल्कुल अलग हैं। महासागर मॉडल के लिए, हमें लगभग सभी सीमावर्ती सतहों के साथ-साथ समुद्री आंतरिक भाग पर उन संकीर्ण लेकिन महत्वपूर्ण सीमा परतों पर विचार करने की आवश्यकता है। समुद्री प्रवाह पर इन सीमा स्थितियों को परिभाषित करना और मानकीकृत करना कठिन है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च कम्प्यूटेशनल मांग होती है।

महासागर मॉडलिंग भी दुनिया के अधिकांश महासागरों में समय और स्थान के पैमाने के साथ क्रमशः हफ्तों से लेकर महीनों और दसियों से सैकड़ों किलोमीटर तक के मेसोस्केल भंवरों की उपस्थिति से दृढ़ता से बाधित है। गतिशील रूप से, ये लगभग भू-आकृतिक अशांत भंवर वायुमंडलीय सिनॉप्टिक पैमाने के समुद्र संबंधी समकक्ष हैं। फिर भी, महत्वपूर्ण अंतर हैं। सबसे पहले, समुद्री भंवर एक ऊर्जावान माध्य प्रवाह पर अशांति नहीं हैं। वे ऊष्मा के ध्रुवीय परिवहन में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। दूसरा, वे क्षैतिज सीमा में अपेक्षाकृत छोटे हैं, इसलिए यदि भंवरों को स्पष्ट रूप से हल करना है तो समुद्री जलवायु मॉडल, जिनके समग्र बाहरी आयाम एजीसीएम के समान होने चाहिए, को एजीसीएम की तुलना में 20 गुना अधिक रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता हो सकती है।

महासागर के लिए डेटा की कमी के कारण ओजीसीएम पर और भी बाधाएं हैं। निचली स्थलाकृति का विशेष रूप से अभाव है। समुद्र के बड़े हिस्से का अधिक विस्तार से मानचित्रण नहीं किया गया है। यह भूमि स्थलाकृति के बिल्कुल विपरीत है जिसे सैटेलाइट अल्टीमीटर द्वारा विस्तार से मैप किया जा सकता है। इससे सीमा स्थितियों में और भी बड़ी अनिश्चितताएँ उत्पन्न होती हैं। दूसरे, वायुमंडल में इसके अधिकांश विस्तार के लिए केवल निचले स्तरों के लिए बदलती ज्यामिति होती है। जबकि महासागर की तीव्र सीमाएँ हैं, भूमि का बड़ा हिस्सा जटिल सीमा स्थितियों के रूप में है।

पुरासमुद्र विज्ञान में ओजीसीएम

पुराजलवायु और समुद्री परिसंचरण पर प्रभाव के बीच संबंध का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है। ऐसा करने के पहले प्रयासों में प्रायः प्रॉक्सी (जलवायु) से अतीत की जलवायु पर लागू वर्तमान दबावों का उपयोग किया जाता था। समुद्र में विभिन्न मार्गों को बंद करने का अनुकरण उन्हें केवल बाथमीट्री में एक पतली रेखा से अवरुद्ध करके किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, वर्तमान ड्रेक पैसेज को बंद करना।[28] इन दिनों, बेहतर प्रॉक्सी के साथ-साथ अधिक जटिल पैलियो बाथमेट्रीज़ का उपयोग किया जाता है। मॉडलों की गुणवत्ता का परीक्षण करने के लिए, पेलियोक्लाइमेट मॉडलिंग इंटरकंपेरिसन प्रोजेक्ट स्थापित किया गया है।

वर्गीकरण

हम महासागर मॉडलों को विभिन्न मानकों के अनुसार वर्गीकृत कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, ऊर्ध्वाधर निर्देशांक के अनुसार हमारे पास भू-क्षमता, समस्थानिक और स्थलाकृति-निम्नलिखित मॉडल हैं। क्षैतिज विवेक के अनुसार हमारे पास अस्थिर या कंपित ग्रिड हैं। सन्निकटन की विधियों के अनुसार हमारे पास परिमित अंतर और परिमित तत्व मॉडल हैं। ओजीसीएम के तीन बुनियादी प्रकार हैं:

  1. आदर्शीकृत ज्यामिति मॉडल: आदर्शीकृत बेसिन ज्यामिति वाले मॉडल का उपयोग महासागर मॉडलिंग में बड़े पैमाने पर किया गया है और नई मॉडलिंग पद्धतियों के विकास में प्रमुख भूमिका निभाई है। वे एक सरलीकृत ज्यामिति का उपयोग करते हैं, जो स्वयं एक बेसिन की पेशकश करती है, जबकि हवाओं और उत्प्लावन बल के वितरण को सामान्यतः अक्षांश के सरल कार्यों के रूप में चुना जाता है।
  2. बेसिन-स्केल मॉडल: ओजीसीएम परिणामों की टिप्पणियों के साथ तुलना करने के लिए हमें आदर्श डेटा के बजाय यथार्थवादी बेसिन जानकारी की आवश्यकता है। हालाँकि, यदि हम केवल स्थानीय अवलोकन डेटा पर ध्यान देते हैं, तो हमें संपूर्ण वैश्विक सिमुलेशन चलाने की आवश्यकता नहीं है, और ऐसा करके हम बहुत सारे कम्प्यूटेशनल संसाधनों को बचा सकते हैं।
  3. वैश्विक मॉडल: इस प्रकार का मॉडल कम्प्यूटेशनल रूप से सबसे महंगा है। युग्मित पृथ्वी प्रणाली मॉडल के निर्माण में प्रारंभिक चरण के रूप में अधिक प्रयोगों की आवश्यकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

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