Het verifiëren en valideren van deze vergelijkingen is cruciaal voor het wekken van vertrouwen in klimaatmodellen. Hoewel enige discrepantie tussen modelvoorspellingen en feitelijke waarnemingen onvermijdelijk is, is het de bedoeling dat specifieke configuraties van het model convergeren naar de juiste oplossing in het tempo dat wetenschappers verwachten.

Continue wiskundige modellen moeten een proces ondergaan dat discretisatie wordt genoemd en dat ze omzet in vormen die numeriek kunnen worden opgelost door computers. Testgevallen kunnen helpen bij de algehele verificatie van een model door subsets van de gediscretiseerde vergelijkingen te extraheren en elke term te verifiëren.

Het meten van de snelheid waarmee de numerieke oplossingen van deze testgevallen convergeren naar de exacte oplossingen (wat betekent dat de fouten nul naderen) is de gouden standaardmethode voor modelverificatie. Convergentiepercentages die aansluiten bij de theoretische verwachtingen zijn de beste garantie dat de gediscretiseerde vergelijkingen correct worden gecodeerd.

Voor rekenefficiëntie splitsen oceaanmodellen hun heersende vergelijkingen doorgaans op in een 3D-baroclinische component die langzame interne zwaartekrachtgolven en oceaanstromingen modelleert, en een 2D-barotrope component die snelle zwaartekrachtgolven aan het oppervlak modelleert. De barotrope component neemt de vorm aan van ondiepwatervergelijkingen. Siddhartha Bishnu en collega's presenteren een verzameling testgevallen gericht op deze vergelijkingen. Het onderzoek is gepubliceerd in het Journal of Advances in Modeling Earth Systems .

Om de testgevallen te ontwikkelen, maakten de onderzoekers gebruik van hun ervaring met het ontwikkelen van het Model for Prediction Across Scales-Ocean (MPAS-Ocean), dat wordt gebruikt om oceaanactiviteit te simuleren en te bestuderen hoe deze wordt beïnvloed door antropogene klimaatverandering. De auteurs merken op dat hun testgevallen bedoeld zijn om de nauwkeurigheid van het model te verifiëren (om ervoor te zorgen dat de gediscretiseerde modelvergelijkingen correct worden geïmplementeerd), in plaats van om de resultaten te valideren (om ervoor te zorgen dat de modelvoorspellingen lijken op waarnemingen uit de echte wereld).

De onderzoekers beoordeelden de theoretische grondslagen van de ondiepwatervergelijkingen naast de discretisatiemethoden, boden een overzicht van de testgevallen om reproduceerbaarheid te garanderen en toonden aan dat de convergentiepercentages overeenkomen met de verwachte voorspellingen.

Deze testgevallen zullen andere onderzoekers in staat stellen de componenten van hun modellen te beoordelen zonder de noodzaak van buitensporige rekenkracht, schrijven de auteurs. Bovendien kunnen de testgevallen nuttig zijn voor bredere vloeistofdynamicaproblemen en dienen als instructiehulpmiddelen voor het bestuderen en ontwikkelen van oceaanmodellen.

Meer informatie: Siddhartha Bishnu et al, Een verificatiereeks van testgevallen voor de barotrope oplosser van oceaanmodellen, Journal of Advances in Modeling Earth Systems (2024). DOI:10.1029/2022MS003545

Geleverd door American Geophysical Union

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Eos, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.