|
| Udgave: |
Forår 2013 NAT |
| Point: |
7,5 |
| Blokstruktur: |
3. blok |
| Skemagruppe: |
C |
| Fagområde: |
fys |
| Institutter: |
Niels Bohr Institutet |
| Uddannelsesdel: |
Kandidat niveau |
| Kontaktpersoner: |
Eigil Kaas, e-mail. kaas@gfy.ku.dk |
| Skema- oplysninger: |
 Vis skema for kurset
Samlet oversigt over tid og sted for alle kurser inden for Lektionsplan for Det Naturvidenskabelige Fakultet Forår 2013 NAT |
| Undervisnings- periode: |
4. februar til 14. april, 2013 |
| Undervisnings- form: |
Forelæsninger, computerøvelser og regneøvelser. |
| Formål: |
At opnå en grundlæggende forståelse af opbygningen af geofysiske fluid-dynamiske applikationer, dvs., hvor strømninger i atmosfære og/eller oceaner forekommer. Kurset er centralt, hvis man ønsker at arbejde med atmosfære- og/eller oceanmodeller, enten i sit videre studieforløb eller i jobs, hvor der arbejdes med sådanne modeller. Da der introduceres grundlæggende numeriske metoder og analyser, vil kurset også være relevant for studerende med interesse i mere generel fluiddynamisk modellering. |
| Indhold: |
I "Numeriske metoder i geofysisk fluiddynamik" introduceres de grundlæggende numeriske metoder, der anvendes i moderne modeller til brug for ocean-, vejr- og luftmiljøprognoser samt for dynamiske (koblede) atmosfære-ocean klimasimuleringer.
Kurset indledes med en generel beskrivelse af opbygningen af atmosfæriske og oceaniske fluiddynamiske modeller samt klimamodeller baseret på sådanne komponenter. Dette omfatter opdelingen i dynamisk kerne og tilhørende parameteriserede processer samt koblingen/vekselvirkningen mellem de forskellige komponenter i klimamodeller/"Earth system" modeller. Heraf gennemgås grundpillen i kurset: De numeriske metoder, der benyttes til løsning af de grundlæggende ligninger. Der vil være særlig vægt på nøjagtigheden og effektiviteten af løsningen af kontinuitetsligninger for masse samt på introduktion af numeriske skemaer, der sikrer formel og lokal bevarelse af invariante størrelser som fx masse og energi.
En række stikord til karakterisering af kurset er: nøjagtighed, konsistens, stabilitet, konvergens, endelige differensmetoder, spektralmetoder, semi-Lagrange'ke metoder, lokal massebevarelse, Eulerske og semi-Lagrangeske finite volume metoder, influensområde, afhængighedsområde, numerisk dispersion og dissipation, filtre til at sikre monoticitet og positivitet, eksplicitte og versus (semi-)implicitte skemaer, Arakawa A-, E- og C-grids.
Kurset afsluttes med en kort gennemgang af nogle applikationer fra den virkelige verden. Dette omfatter en generel oversigt over metoder til initialisering af modellers udgangsposition samt en gennemgang af den praktiske afvikling af modelsimuleringer på moderne (super)computere.
|
| Kompetence- beskrivelse: |
Studenten vil opnå en generel forståelse af de forskellige numeriske metoder og teknikker, der hyppigst benyttes til approksimativt at løse geofysiske fluid-dynamiske ligninger. Desuden vil studenten kunne foretage analyser af stabilitet og konvergens for disse skemaer, samt opstille mindre stykker computerkode, der kan simulere simple translatoriske og diffusive problemer.
|
| Målbeskrivelse: |
Kurset tilsigter, at studenten:
- Kan beskrive den generelle opbygning af dynamiske modeller for atmosfæren og oceanerne.
- Kan forstå og analytisk anvende begreberne nøjagtighed, konsistens, stabilitet og konvergens.
- Kender de vigtigste endelige differensskemaer til Eulersk løsning af simple transport/diffusions problemer, og kan gennemføre analytiske undersøgelser af disse skemaer.
- Forstår de numeriske metoder i modeller baseret på rækkeudvikling af de prognostiske variable.
- Kan beskrive, gennemføre analyser af og beregninger med semi-Lagrange'ke skemaer.
- Kan beskrive Eulerske og semi-Lagrange'ke "finite volume" metoder samt lokalt massebevarende semi-Lagrangeske metoder.
- Kan forstå og forklare begreberne "aliasing" og ikke-lineær instabilitet.
- Kan opstille ligningerne for og forstå strategien bag semi-implicit tidsintegration.
- Kan forstå og forklare strategien bag introduktionen af monotono og positivt definitte filtre.
- Kan opstille mindre stykker computerkode, der kan simulere simple translatoriske og diffusive problemer.
Karakteren 12 gives for den fremragende præstation, der demonstrerer udtømmende opfyldelse af ovennævnte mål, med ingen eller få uvæsentlige mangler.
Karakteren 2 gives for den usikre præstation, hvor studenten kun lige klarer det nødvendige minimum af de anførte målbeskrivelser. |
| Lærebøger: |
Numerical Methods for Fluid Dynamics. By Dale R. Durran. 2nd Edition., 2010, XV, 516 p. 110 illus.ISBN: 978-1-4419-6411-3
Link til bog
Herudover vil der blive anvendt egne noter og opgaver, som ikke er med i eller erstatter dele af bogen. Disse vil blive tilgængelige i digital form (pdf) på kursushjemmesiden.
Hvis en student skulle have købt den gamle bog, er det muligt at bruge denne også.
|
| Tilmelding: |
Tilmelding foregår på Selvbetjeningen i perioden 15. november - 1. december. |
| Faglige forudsætninger: |
The course requires that MatIntro, Linear Algebra and Mat-F - or equivalent - have been taken. Since a number of exercises include programming of simple models elementary knowledge about MatLab, IDL or Fortran is needed. Furthermore, it will be an advantage if the student has his/her own Laptop with one of the above mentioned programming languages installed. |
| Eksamensform: |
Three individually written reports (5-10 pages each including figures) based on theory and results from computer exercises. The three report subjects are formulated by the teacher and released one week before the due date. The evaluation follows the 7-level scale with internal grading. The two first exercises count 25% each, and the third 50%.
Re-exam: One larger report (15-20 pages) based on theory and results from computer simulations. The subject is released to the students two weeks before the due date.
|
| Eksamen: |
Løbende evaluering.
Reeksamen: Hjemmeopgave afleveres d. 26. juni 2013. |
| Kursus hjemmeside: |
 |
| Bemærkninger: |
Der vil blive undervist på engelsk, såfremt der er ønske herom fra mindst en student eller øvelseslærer. |
| Undervisnings- sprog: |
Kun engelsk
|
| Sidst redigeret: |
1/12-2012 |