hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667320010037hydrophysics-5Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОФИЗИКАTECHNICAL HYDROPHYSICSОбновлённый программный комплекс для моделирования внутренних волн в Мировом океане с поддержкой облачных вычисленийUpdated software package for internal waves modeling in the World Ocean with cloud computing supportТюгинД. Ю.TyuginD. Yu.

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

dtyugin@nntu.ruКуркинА. А.KurkinA. A.

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

КуркинаО. Е.KurkinaO. Ye.

г. Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. AlekseevaRussian Federation2020281120211312434Copyright © Тюгин Д.Ю., Куркин А.А., Куркина О.Е., 20212021Тюгин Д.Ю., Куркин А.А., Куркина О.Е.Tyugin D.Y., Kurkin A.A., Kurkina O.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/5

В статье описан разработанный программный инструмент, объединяющий в себе численные модели, гидрологические данные, средства подготовки, анализ результатов и информацию о наблюдениях по тематике внутренних волн в Мировом океане. Предлагаемый подход направлен на повышение эффективности исследования путем автоматизации рутинных операций, повторяющихся при каждом численном эксперименте. Разработана новая версия программного комплекса (IGWResearch2). Структура комплекса была существенно переработана и дополнена новым функционалом с учетом анализа запросов пользователей. Были разработаны коммуникационные блоки для проведения облачных вычислений, интеграции исходных данных и результатов расчета в облачное хранилище. Такой подход позволяет перенести вычислительный процесс с рабочих станций на вычислительный сервер с более производительным аппаратным обеспечением. Облачное хранилище дает возможность обмениваться данными между пользователями и хранить результаты расчетов на сервере. Пользовательский интерфейс переработан, добавлена пошаговая система инициализации модели с автоматической корректировкой на основе теоретических оценок. Разработан блок интеграции с сервисами НИЛ МПиТК НГТУ им. Р. Е. Алексеева: авторизацией и онлайн базой данных наблюдений внутренних волн, позволяющий отображать информацию о типах, источниках и дате наблюдений на интерактивной карте. В статье рассматриваются особенности реализации комплекса, обзор используемых моделей, данных и численный эксперимент, выполненный при помощи комплекса.

The development of a software package IGWResearch2 is considered in the paper. This package contains numerical models, hydrological data, data preparation tools, analysis tools and observations’ information related to internal waves in the World Ocean. The proposed approach is pursuing a goal to increase research efficiency by automation of routine operations repeatable with every numerical computation run. A new version of the software package was developed. The software structure was changed significantly and extended based on users’ requests. Communication modules for cloud computing and cloud storage were developed. This approach brings the possibility to transfer a computational process from workstations to a dedicated high-performance server. Cloud storage provides an ability for users to exchange numerical results and other data and store their data on the server. The graphical user interface was upgraded. A step-by-step configuration tool for the initialization of numeric models was added. This tool provides an ability to automatically correct user input based on weakly nonlinear theory estimations. New tools for the laboratory of modeling of natural and anthropogenic disasters of NNSTU n. a. R. E. Alekseev services access were developed. They extend the package with web-site based authorization and provide online access to the database of internal waves’ observations. These tools provide information about internal waves’ locations, their types, and dates on the interactive map. A numerical experiment using the software package is presented in the paper.

внутренние волныпрограммный комплексслабонелинейная теорияоблачные вычисленияinternal wavessoftware packageweak non-linear theorycloud computingThe presented results were obtained with the funding of a grant from the Russian Science Foundation (project No. 17-71-10101).ReferencesРувинская Е.А., Куркина О.Е., Куркин А.А., Зайцев А.И. Моделирование воздействия внутренних волн на морские платформы для гидрологических условий шельфовой зоны о. Сахалин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017. Т. 10, № 4. С. 61–70.Rouvinskaya E., Kurkina O., Kurkin A., Zaytsev A. Modeling of internal wave action on offshore platforms for hydrological conditions of the Sakhalin shelf zone. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2017, 10, 4, 61–70 (in Russian).Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves // Nature. 1985. V. 314. P. 245–247.Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves. Nature. 1985, 314, 245–247.Liu A. K., Chang Y.S., Hsu M.-K., Liang N.K. Evolution of nonlinear internal waves in the East and South China Seas // Journal of Geophysical Research. 1998. V. 103. P. 7995–8008.Liu A.K., Chang Y.S., Hsu M.-K., Liang N.K. Evolution of nonlinear internal waves in the East and South China Seas. Journal of Geophysical Research. 1998, 103, 7995–8008.Рувинская Е.А., Тюгин Д.Ю., Куркина О.Е., Куркин А.А. Зонирование по типам плотностной стратификации вод балтийского моря в контексте динамики внутренних гравитационных волн // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 1. С. 46–51.Rouvinskaya E.A., Tyugin D.Y., Kurkina O.E., Kurkin A.A. Mapping of the Baltic Sea by the types of density stratification in the context of dynamics of internal gravity waves. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2018, 11, 1, 46–51 (in Russian).Grimshaw R., Pelinovsky E., Talipova T. The modified Korteweg-de Vries equation in the theory of large-amplitude internal waves // Nonlinear Processes in Geophysics. 1997. V. 4, N4. P. 237–350.Grimshaw R., Pelinovsky E., Talipova T. The modified Korteweg-de Vries equation in the theory of large-amplitude internal waves. Nonlinear Processes in Geophysics. 1997, 4, 4, 237–350.Kurkina O.E., Kurkin A.A., Soomere T., Pelinovsky E.N., Rouvinskaya E.A. Higher-order (2+4) Korteweg-de Vries — like equation for interfacial waves in a symmetric three-layer fluid // Physics of Fluids. 2011. V. 23, N11. P. 116602–1–13.21.Kurkina O.E., Kurkin A.A., Soomere T., Pelinovsky E.N., Rouvinskaya E.A. Higher-order (2+4) Korteweg-de Vries — like equation for interfacial waves in a symmetric three-layer fluid. Physics of Fluids. 2011, 23, 11, 116602–1–13.21.Талипова Т.Г., Пелиновский Е.Н., Куркин А.А., Куркина О.Е. Моделирование динамики длинных внутренних волн на шельфе // Известия РАН. ФАО. 2014. Т. 50, № 6. С. 714–722.Talipova T.G., Pelinovsky E.N., Kurkin A.A., Kurkina O.E. Modeling the dynamics of intense internal waves on the shelf. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2014, 50, 6, 630–637 (in Russian).Талипова Т.Г., Куркина О.Е., Наумов А.А., Куркин А.А. Моделирование эволюции внутреннего бора в Печорском море // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 3. С. 62–71.Talipova T.G., Kurkina O.E., Naumov A.A., Kurkin A.A. Modelling of the evolution of the internal boron in the Pechora sea. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2015, 8, 3, 62–71 (in Russian).Талипова Т.Г., Пелиновский Е.Н. Моделирование распространяющихся длинных внутренних волн в неоднородном океане: теория и верификация // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 2. С. 46–54.Talipova T.G., Pelinovsky E.N. Modeling of propagating long internal waves in an inhomogeneous ocean: the theory and its verification. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2013, 6, 2, 46–54 (in Russian).Полухина О.Е. Поверхностные волны в стратифицированном океане со сдвигом скорости // Известия Академии инженерных наук РФ. 2001. Т. 2. C. 126–138.Poloukhina O.E. Surface waves in a stratified ocean with background shear flow. Izvestiya of the Academy of Engineering Sciences of the Russian Federation. 2001, 2, 126–138 (in Russian).Pelinovsky E., Polukhina O., Slunyaev A., Talipova T. Internal solitary waves // Chapter 4 in the book “Solitary Waves in Fluids” (Editor R. Grimshaw). WIT Press. Southampton, Boston, 2007. P. 85–110.Pelinovsky E., Polukhina O., Slunyaev A., Talipova T. Internal solitary waves. Chapter 4 in the book “Solitary Waves in Fluids” (Editor R. Grimshaw). WIT Press, Southampton, Boston, 2007. P. 85–110.Grimshaw R., Talipova T., Pelinovsky E., Kurkina O. Internal solitary waves: propagation, deformation and disintegration // Nonlinear Processes in Geophysics. 2010. V. 17, N6. P. 633–649.Grimshaw R., Talipova T., Pelinovsky E., Kurkina O. Internal solitary waves: propagation, deformation and disintegration. Nonlinear Processes in Geophysics. 2010, 17, 6, 633–649.Holloway P., Pelinovsky E., Talipova T. A Generalized Korteweg — de Vries Model of Internal Tide Transformation in the Coastal Zone // J. Geophys. Res. 1999. V. 104, N C8. P. 18333–18350.Holloway P., Pelinovsky E., Talipova T. A Generalized Korteweg — de Vries Model of Internal Tide Transformation in the Coastal Zone. J. Geophys. Res. 1999, 104, C8, 18333–18350.Тюгин Д.Ю., Куркина О.Е., Куркин А.А. Программный комплекс для численного моделирования внутренних гравитационных волн в Мировом океане // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2011. Т. 4, № 2. С. 32–44.Tyugin D.Yu., Kurkina O.E., Kurkin A.A. Software package for modeling of internal gravity waves in the world ocean. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2011, 4, 2, 32–44 (in Russian).Fofonoff N., Millard R. Jr. Algorithms for computation of fundamental properties of seawater // UNESCO Technical Paper in Marine Sсience. 1983. V. 44. P. 15–25.Fofonoff N., Millard R.Jr. Algorithms for computation of fundamental properties of seawater. UNESCO Technical Paper in Marine Sсience. 1983, 44, 15–25 (in Russian).Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. 416 с.Brekhovskikh L.M., Godin O.A. Acoustics of layered media. M., Nauka, 1989. 416 p. (in Russian).Воронович А.Г. Распространение внутренних и поверхностных гравитационных волн в приближении геометрической оптики // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1976. Т. 12, № 8. С. 519–523.Voronovich A.G. Propagation of internal and surface gravity waves in the geometric optics approximation. Izvestiya AN USSR. Fizika Atmosfery i Okeana. 1976, 12, 8, 519–523 (in Russian).Куркина О.Е., Рувинская Е.А., Куркин А.А., Гиниятуллин А.Р., Рыбин А.В. Вертикальная структура поля скорости жидких частиц при прохождении внутреннего солитона первой и второй моды в стратифицированной жидкости // XXIII международная научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии» ИСТ-2017, Нижний Новгород, 12.04–15.04.2017. 2017. С. 971–972.Kurkina O.E., Rouvinskaya E.A., Kurkin A.A., Giniyatullin A.R., Rybin A.V. The vertical structure of the velocity field of fluid particles during the propagation of the first and second mode internal soliton in a stratified fluid. XXIII International scientific and technical conference “Information Systems and Technologies” IST-2017, Nizhny Novgorod, 12.04–15.04.2017, 2017. P. 971–972 (in Russian).World Ocean Atlas. URL: https://www.nodc.noaa.gov/OC5/woa18 (дата обращения: 31.03.2019).World Ocean Atlas. URL: https://www.nodc.noaa.gov/OC5/woa18 (date of access: 31.03.2019).Teague W.J., Carron M.J., Hogan P.J. A Comparison between the Generalized Digital Environmental Model and Levitus Climatologies // J. Geophys. Res. 1990. V. 95. P. 7167–7183.Teague W.J., Carron M.J., Hogan P.J. A Comparison between the Generalized Digital Environmental Model and Levitus Climatologies. J. Geophys. Res. 1990, 95, 7167–7183.Meier H. E.M., Döscher R., Coward A.C., Nycander J., Döös K. RCO-Rossby Centre regional Ocean climate model: Model description (version 1.0) and first results from the hindcast period 1992/93 // Rep. Oceanogr. 26, Swed. Meteorol. Hydrol. Inst., Norrköping, Sweden, 1999. 102 p.Meier H. E.M., Döscher R., Coward A.C., Nycander J., Döös K. RCO-Rossby Centre regional Ocean climate model: Model description (version 1.0) and first results from the hindcast period 1992/93. Rep. Oceanogr. 26, Swed. Meteorol. Hydrol. Inst., Norrköping, Sweden, 1999. 102 p.Amante C., Eakins B.W. ETOPO1 1 Arc-Minute Global Relief Model: Procedures, Data Sources and Analysis // NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24, 2009. P. 19.Amante C., Eakins B.W. ETOPO1 1 Arc-Minute Global Relief Model: Procedures, Data Sources and Analysis. NOAA Technical Memorandum NESDIS NGDC-24, 2009. 19 p.NetCDF. URL: http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf (дата обращения 31.03.2019).NetCDF. URL: http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf (date of access: 31.03.2019).Рыбин А.В., Куркин А.А., Куркина О.Е. Визуализация данных наблюдений внутренних волн в мировом океане // 28-я Всероссийская научно-практическая конференция по графическим информационным технологиям и системам, Нижний Новгород, 16.04–19.04.2018, 2018. С. 201–206.Rybin A.V., Kurkin A.A., Kurkina O.E. Visualization of internal wave observation data in the world ocean. 28th All-Russian scientific and practical conference on graphic information technologies and systems, Nizhny Novgorod, 16.04–19.04.2018, 2018. P. 201–206 (in Russian).IGWAtlas. URL: https://lmnad.nntu.ru/ru/igwatlas (дата обращения 31.03.2019).IGWAtlas. URL: https://lmnad.nntu.ru/ru/igwatlas (date of access: 31.03.2019).Jackson C.R. An atlas of internal solitary-like waves and their properties // Second ed Global Ocean Associates, 2004, URL: http://www.internalwaveatlas.com (дата обращения 31.03.2019).Jackson C.R. An atlas of internal solitary-like waves and their properties. Second ed Global Ocean Associates, 2004, URL: http://www.internalwaveatlas.com (date of access: 31.03.2019).Kurkina O., Talipova T., Pelinovsky E., Soomere T. Mapping the internal wave field in the Baltic Sea in the context of sediment transport in shallow water // Journal of Coastal Research. SI. 2011. V. 64. P. 2042–2047.Kurkina O., Talipova T., Pelinovsky E., Soomere T. Mapping the internal wave field in the Baltic Sea in the context of sediment transport in shallow water. Journal of Coastal Research. SI, 2011, 64, 2042–2047.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.