Суперкомпьютерное предсказательное моделирование состояния мелководных водоемов и морских систем с учетом разномасштабной турбулентности

Проект направлен на разработку технологий суперкомпьютерного прогностического моделирования гидродинамических процессов и экологического состояния мелководий и морских систем с учетом разномасштабного турбулентного перемешивания по вертикали и наличия турбулентных течений. Основной областью применения являются задачи гидродинамики и мониторинга состояния мелководий и прибрежных систем. При составлении краткосрочных и долгосрочных прогнозов изменений экологической обстановки и гидрологического режима Азовского моря возникает необходимость сокращения времени и повышения точности расчетов в областях сложной формы. Задачи построения вычислительной сетки и ее адаптации являются основными факторами, ограничивающими возможности моделирования сложноформализованных процессов и систем. Использование адаптивных составных сеток значительно повысит точность моделирования и сократит время расчетов при составлении прогнозов. Адаптивные сетки предоставят возможность более детального и гибкого охвата регионов, что важно для эффективного прогнозирования движения волн. Исследование предполагает объединение технологий вихреразрешающего моделирования и методов создания и адаптации сеток. Предлагаемый подход позволит решить проблемы, связанные с существующими подходами к построению расчетных сеток, значительно повысить точность и оперативность численного моделирования и предоставит возможность эффективно и оперативно решать сложные вычислительные задачи, связанные с текущими и будущими исследованиями, представляющими научный и инженерный интерес при освоении мелководных прибрежных зон, с конструктивным преобразованием рельефа дна и установкой прибрежных сооружений. Актуальна разработка дифференциальных схем для решения задач гидродинамики при наличии в водоеме зоны со сниженным микротурбулентным обменом в вертикальном направлении, что характерно для возникновения некоторых опасных природных явлений, включая перенос и трансформацию загрязняющих веществ в водоеме. Расчеты, при которых воспроизводится динамика турбулентного потока, позволяют прогнозировать различные гидродинамические характеристики. Основными факторами, ограничивающими использование таких расчетов, являются их высокая вычислительная стоимость. В настоящее время, благодаря развитию компьютерных технологий, такие расчеты находят все более широкое применение и становятся ключевым инструментом исследований. При параллельной реализации будут разработаны методы декомпозиции областей сетки для решения вычислительно трудоемких задач с учетом архитектуры и параметров многопроцессорной вычислительной системы. Целью работы является прогнозирование состояния мелководных водоемов и морских систем с учетом разномасштабной турбулентности с использованием данных космического зондирования Земли, на основе разработки комплекса взаимосвязанных прецизионных 3D моделей гидродинамики, транспорта донного материала и взвешенных частиц и рельефообразования. Данный проект направлен на разработку набора прикладных программ, ориентированных на суперкомпьютеры, которые позволят проводить вычислительные эксперименты в различных гидрометеорологических условиях в оперативном режиме с использованием данных космического зондирования и разработку методология моделирования турбулентных течений в мелководных морских системах, таких как Азовское море, сочетая высокую точность результатов и оптимальную ресурсоемкость, что расширит практического применения результатов моделирования. Решение этих задач упростит и увеличит возможности практического применения средств суперкомпьютерного моделирования для решения задач гидродинамики. Технология расчетов с учетом вихревого разрешения будет усовершенствована за счет снижения сложности, повышения точности и надежности моделирования, снижения его ресурсоемкости