Обновлённый программный комплекс для моделирования внутренних волн в Мировом океане с поддержкой облачных вычислений

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.

1. Рувинская 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.

2. Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves // Nature. 1985. V. 314. P. 245–247.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Полухина О.Е. Поверхностные волны в стратифицированном океане со сдвигом скорости // Известия Академии инженерных наук РФ. 2001. Т. 2. C. 126–138.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Бреховских Л.М., Годин О.А. Акустика слоистых сред. М.: Наука, 1989. 416 с.

17. 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.

18. 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.

19. World Ocean Atlas. URL: https://www.nodc.noaa.gov/OC5/woa18 (дата обращения: 31.03.2019).

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. NetCDF. URL: http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf (дата обращения 31.03.2019).

24. 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.

25. IGWAtlas. URL: https://lmnad.nntu.ru/ru/igwatlas (дата обращения 31.03.2019).

26. 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).

27. 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.