وبلاگ

پیش بینی آب و هوا برای بخش های مختلف از جمله کشاورزی، عملیات نظامی و هوانوردی و همچنین پیش بینی بلایای طبیعی مانند گردبادها و طوفان ها مهم است. این متکی بر پیش‌بینی حرکت هوا در جو است که با جریان‌های متلاطم مشخص می‌شود که منجر به گرداب‌های هوای آشفته می‌شود.

با این حال، پیش‌بینی دقیق این آشفتگی به دلیل فقدان داده‌های در مقیاس کوچک، یک چالش مهم باقی می‌ماند جریان های متلاطم، منجر به معرفی خطاهای اولیه کوچک می شود. این خطاها به نوبه خود می تواند منجر به تغییرات شدید در وضعیت های جریان در آینده شود، پدیده ای که به عنوان اثر پروانه ای آشفته شناخته می شود.

برای پرداختن به چالش داده‌های محدود در جریان‌های آشفته در مقیاس کوچک، یک روش مبتنی بر داده‌ها به نام جذب داده (DA) برای پیش‌بینی استفاده شده است. با ادغام منابع مختلف اطلاعات، این رویکرد امکان استنتاج جزئیات گرداب های آشفته در مقیاس کوچک را از همتایان بزرگتر آنها فراهم می کند.

به طور خاص، یک پارامتر حیاتی به نام مقیاس طول بحرانی در روش‌های DA شناسایی شده است. این مقیاس طول بحرانی نقطه‌ای را نشان می‌دهد که در زیر آن تمام اطلاعات مرتبط در مورد گردابه‌های مقیاس کوچک را می‌توان از موارد بزرگتر برون یابی کرد. عدد رینولدز، نشانگر میزان آشفتگی در جریان سیالنقش کلیدی در این زمینه ایفا می کند، با مقادیر بالاتر که دلالت بر افزایش آشفتگی دارد.

با این حال، با وجود اجماع حاصل از مطالعات متعدد در مورد یک مقدار مشترک برای مقیاس بحرانی، توضیح منشأ آن و ارتباط آن با عدد رینولدز مبهم باقی مانده است.

برای پرداختن به این موضوع، تیمی از محققان به سرپرستی دانشیار Masanobu Inubushi از دانشگاه علوم توکیو، ژاپن، اخیرا یک چارچوب نظری را پیشنهاد کردند. آنها فرآیند DA را به عنوان یک مشکل ثبات در نظر گرفتند.

توضیح می دهد: “با مشاهده این پدیده تلاطم به عنوان “همگام سازی یک گرداب کوچک با یک گرداب بزرگ” و با نسبت دادن ریاضی آن به “مسئله پایداری منیفولدهای همزمان”، ما توانستیم این مقیاس بحرانی را برای اولین بار به صورت نظری توضیح دهیم.” دکتر اینبوشی .

نامه منتشر شده که در نامه معاینه فیزیکیتوسط پروفسور یوشیتاکا سایکی از دانشگاه هیتوتسوباشی، استادیار میکی دبلیو کوبایاشی از دانشگاه ریشو و پروفسور سوسومو گوتو از دانشگاه اوزاکا نوشته شده است.

برای این منظور، تیم تحقیقاتی از یک رویکرد میان رشته ای با ترکیب نظریه آشوب و نظریه همگام سازی استفاده کردند. آنها بر روی یک منیفولد ثابت به نام منیفولد DA تمرکز کردند و تجزیه و تحلیل پایداری را انجام دادند. یافته‌های آنها نشان داد که مقیاس طول بحرانی یک شرط کلیدی برای DA است و با توان‌های عرضی لیاپانوف (TLEs) مشخص می‌شود، که در نهایت موفقیت یا شکست فرآیند DA را دیکته می‌کند.

علاوه بر این، بر اساس یافته‌های اخیر که وابستگی عدد رینولدز حداکثر توان لیاپانوف (LE) و رابطه TLE را با حداکثر LE نشان می‌دهد، آنها به این نتیجه رسیدند که مقیاس طول بحرانی با عدد رینولدز افزایش می‌یابد و وابستگی تعداد را روشن می‌کند. رینولدز در مقیاس طول بحرانی.

دکتر اینوبوشی با تأکید بر اهمیت این یافته‌ها می‌گوید: «این چارچوب نظری جدید این پتانسیل را دارد که مطالعه تلاطم را در موضوعات مهمی مانند غیرقابل پیش‌بینی‌بودن، آبشار انرژی و تکینگی به‌طور قابل توجهی پیش ببرد، و به حوزه‌ای می‌پردازد که زمانی فیزیکدان ریچارد فاینمن بود. به عنوان “یکی از مشکلات باقی مانده در فیزیک کلاسیک” توصیف شده است.

به طور خلاصه، پیشنهاد شده است چارچوب نظری نه تنها درک ما را از تلاطماما همچنین راه را برای روش‌های جدید مبتنی بر داده هموار می‌کند که می‌تواند دقت و قابلیت اطمینان پیش‌بینی آب و هوا را بهبود بخشد.