OceanParcels
ओशन पार्सल्स, "संभवतः एक वास्तव में कम्प्यूटेशनल रूप से कुशल लैग्रैन्जियन सिम्युलेटर", अजगर वर्गों और विधियों का एक समूह है जिसका उपयोग पानी, प्लैंकटन और प्लास्टिक जैसे कणों को ट्रैक करने के लिए किया जाता है। यह महासागर सामान्य परिसंचरण मॉडल (ओ. जी. सी. एम.) के उत्पादन का उपयोग करता है। ओशनपार्कल का मुख्य लक्ष्य ओ. जी. सी. एम. द्वारा नियंत्रित बड़ी मात्रा में डेटा को संसाधित करना है। प्रवाह गतिकी को लग्रांजियन प्रतिरूपण (पर्यवेक्षक कण के साथ चलता है) का उपयोग करके अनुकरण किया जाता है और भूभौतिकीय द्रव गतिकी को यूलरियन प्रतिरूपण (पर्यवेक्षक स्थिर रहता है) के साथ अनुकरण किया जाता है या प्रयोगात्मक डेटा के माध्यम से प्रदान किया जाता है। ओशन पार्सल्स दो सिद्धांतों पर निर्भर है, अर्थात् विभिन्न प्रारूपों से बाहरी डेटा सेट को पढ़ने की क्षमता और कण गतिकी को परिभाषित करने के लिए अनुकूलन योग्य कर्नेल। ओशन पार्सल्स की अवधारणा एक प्रवाह क्षेत्र लेती है जो यूलरियन विधियों या प्रयोगात्मक डेटा (जैसे। इनपुट के रूप में भूमि-आधारित माप, उपग्रह इमेजरी या डॉपलर धाराओं) के माध्यम से प्रदान किया गया। यह आंकड़ा विभिन्न ग्रिड संरचनाओं पर दिया जा सकता है। एक मनमाने बिंदु पर डेटा प्राप्त करने के लिए, अंतर्वेशन का उपयोग किया जाता है। लैग्रैन्जियन मॉडलिंग किसी वस्तु की गतिशीलता का अनुकरण करने के लिए प्रवाह क्षेत्र और अंतर्वेशन द्वारा दिए गए डेटा का उपयोग करता है। ग्रिड संरचना क्षैतिज तल में, अर्थात। एक्स-वाई-प्लेन में, ओशन-पार्सल्स रेक्टिलिनियर और कर्विलिनियर डेटा ग्रिड की अनुमति देता है (चित्र देखें। 1 ए और बी क्रमशः)। ऊर्ध्वाधर तल में, अर्थात। x-z-तल, z-स्तर और s-स्तर समर्थित हैं (चित्र देखें। क्रमशः 1 सी और डी)। इन ग्रिडों के सभी चार संयोजन त्रि-आयामी स्थान में समर्थित हैं। ओशन पार्सल्स तथाकथित स्टैगर्ड ए, बी और सी ग्रिड का भी समर्थन करता है, जो महासागर मॉडलिंग में आम हैं। ये इस बात को ध्यान में रखते हैं कि विभिन्न चर को विभिन्न ग्रिड बिंदुओं पर मापा जा सकता है। महासागर विश्लेषण में प्रासंगिक चर मेरियोडियल वेग (v), क्षेत्रीय वेग (u) और ट्रेसर (q) हैं। ए ग्रिड में इन सभी का मूल्यांकन एक ही ग्रिड बिंदु पर किया जाता है। बी ग्रिड में, यू और वी का मूल्यांकन ग्रिड बिंदु के बीच केंद्र में ग्रिड बिंदु पर किया जाता है जहां टी का मूल्यांकन किया जा रहा है, यानी दो ऊपरी ग्रिड हैं। सी ग्रिड में सभी चरों का मूल्यांकन उनके अपने ग्रिड पर किया जाता है, यानी तीन ऊपरी ग्रिड होते हैं। विज़ुअलाइज़ेशन के लिए चित्र 2 देखें। अंतःपोलेशन विधियाँ एक ऐसे बिंदु पर क्षेत्र डेटा प्राप्त करने के लिए जो ग्रिड नोड पर नहीं है, अंतर्वेशन विधियों का उपयोग किया जाता है। ओशन पार्सल्स इस तरह की कई अलग-अलग विधियों का समर्थन करता हैः ए, बी, सी ग्रिड पर रैखिक अंतर्वेशन निकटतम-पड़ोसी अंतर्वेशन अंतर्वेशन। लैग्रैन्जियन प्रतिरूपण किसी कण के लैग्रैन्जियन प्रक्षेपवक्र की गणना समय के फलन के रूप में उसकी स्थिति पर संख्यात्मक रूप से एकीकृत करके की जा सकती है। यह प्रारंभिक समय है और वह समय है जिस पर कण की स्थिति का मूल्यांकन किया जाता है। समय पर कण का वेग है। अपनी विशिष्ट विशेषताओं के कारण कण की गति को पकड़ता है (जैसे। एक हिमखंड एक गैर-जमे हुए जल द्रव्यमान की तुलना में समुद्र में अलग तरह से चलता है)। जब तक कि अन्यथा निर्दिष्ट नहीं किया जाता है, ओशन पार्सल्स इस कार्य के एकीकरण के लिए चौथे क्रम की रुंग-कुट्टा योजना का उपयोग करता है। विकल्प के रूप में, ओशन पार्सल्स यूलर-फॉरवर्ड एकीकरण या अनुकूली रुंग-कुट्टा-फेलबर्ग एकीकरण का समर्थन करता है। ओशन पार्सल्स एक कण के व्यक्तिगत व्यवहार को मॉडल करने का विकल्प प्रदान करता है। व्यक्तिगत व्यवहार वह व्यवहार है जो एक कण की विशेषताओं द्वारा परिभाषित किया जाता है, उदाहरण के लिए हिमशैल पिघलते हैं और मछली तैरती है, जिससे विभिन्न गतिशीलता होती है। ओशन पार्सल्स इसे कोड के छोटे टुकड़ों का उपयोग करके लागू करता है जो जब भी एक पार्टिकलसेट (उपयोग किए गए कणों को परिभाषित करने वाला वर्ग) निष्पादित किया जाता है तो निष्पादित किया जाता है। कोड के उन टुकड़ों को कर्नेल कहा जाता है। कुछ आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले कर्नेल ओशन-पार्सल्स में पूर्वनिर्धारित होते हैं, जैसे कि कर्नेल मॉडलिंग ब्राउनियन मोशन। हालाँकि, उपयोगकर्ता समस्या विशिष्ट कर्नेल को भी परिभाषित कर सकता है। यह विभिन्न वस्तुओं के प्रतिरूपण की अनुमति देता है, जिनके उदाहरण "अनुप्रयोग" अनुभाग में दिए गए हैं। इन अनुकूलित कर्नेल को लागू करने के लिए उपयोगकर्ता स्वचालित रूप से सी में अनुवाद करने या सी-लाइब्रेरी का उपयोग करने की संभावना के साथ पायथन का उपयोग करने के बीच चयन कर सकता है। अनुप्रयोग लैग्रेन्जियन विश्लेषण का उपयोग आभासी कणों के मार्गों का अनुकरण करने के लिए किया जा सकता है, जो जल द्रव्यमान, तापमान अनुरेखक, लवणता अनुरेखक, पोषक तत्व अनुरेखक, केल्प, प्रवाल लार्वा, प्लास्टिक, मछली, हिमखंड, प्लैंकटन आदि का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। विभिन्न कणों के मार्गों को विशिष्ट गुठली का उपयोग करके मॉडल किया जा सकता है, उदाहरण के लिए कि मछली तैर सकती है और हिमखंड पिघल सकते हैं। जल द्रव्यमान जल द्रव्यमान की गति की गणना वेग क्षेत्रों का उपयोग करके संख्यात्मक रूप से की जा सकती है, जिनका अनुकरण एक आदिम समीकरण मॉडल (सूक्ष्म संकल्प अंटार्कटिक मॉडल) द्वारा किया जाता है। इस मॉडल का उपयोग करके, यह अनुमान लगाया जा सकता है कि पानी के द्रव्यमान ने अंटार्कटिका के चारों ओर कितनी बार यात्रा की है और इसने दक्षिणी महासागर में कितना समय बिताया है। यह पता चला कि औसतन एक जल द्रव्यमान पहली बार सतह पर पहुंचने से पहले अंटार्कटिका के चारों ओर छह बार यात्रा करता है। सतह के तापमान का विश्लेषण प्रॉक्सी का उपयोग करके किया जा सकता है, जो पिछले 600 वर्षों में पर्यावरणीय परिवर्तनों का पुनर्निर्माण कर सकते हैं। ये पुनर्निर्माण एल्केनोन्स, झिल्ली लिपिड और ग्लोबिगेरिनोइड्स रूबर के स्थिर समस्थानिक अनुपात पर आधारित हैं। यह तर्क दिया जाता है कि समुद्री धाराएं इन प्रॉक्सी को उनके मूल से बहुत दूर ले जा रही हैं, जिससे तापमान सन्निकटन के प्रति पूर्वाग्रह पैदा हो रहा है। लवणता अनुरेखक लवणता के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रतिनिधि तत्वों और कैल्शियम के बीच का अनुपात और फोरामिनिफेरा के स्थिर ऑक्सीजन समस्थानिक अनुपात हैं। इन समस्थानिक अनुपातों की गणना निम्नलिखित सूत्र से की जा सकती हैः, जहाँ y सामान्य समस्थानिक है और x अधिक दुर्लभ समस्थानिक है। भूमध्य सागर में दोनों अनुपातों का एक सकारात्मक संबंध है, जिसमें पश्चिम से पूर्व की ओर लवणता का एक मजबूत ढाल है। समुद्र परिसंचरण के पुनर्निर्माण के लिए लवणता अनुरेखक महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि तापमान के साथ, घनत्व का निर्धारण किया जा सकता है, जो बड़े पैमाने पर परिसंचरण पैटर्न का पुनर्निर्माण कर सकता है, जिसमें मेरिडियनल ओवरटर्निंग परिसंचरण भी शामिल है। प्रशांत महासागर में लोहे की उच्च सांद्रता को स्पष्ट करने के लिए मॉडल का उपयोग करके भूमध्यरेखीय अधोप्रवाह (ई. यू. सी.), न्यू गिनी तटीय अधोप्रवाह (एन. जी. सी. यू.) और न्यू आयरलैंड तटीय अधोप्रवाह के प्रभाव की जांच की गई। अल नीनो के दौरान, बाद की दो धाराएँ मजबूत होती हैं, जो प्रशांत में लोहे की सांद्रता को बढ़ाती हैं। प्लास्टिक लैग्रैन्जियन कण मॉडल ने दिखाया है कि भूमि से छोड़े गए लगभग तीन चौथाई उत्प्लावक समुद्री प्लास्टिक तटीय जल में समाप्त हो रहे हैं, जो दक्षिण पूर्व एशिया में सबसे अधिक सांद्रता के साथ है। हालाँकि, इन अनुकरणों को क्षेत्र मापन के संबंध में अधिक अनुमानित किया जाता है। समुद्री धाराओं द्वारा मछली के लार्वा का परिवहन एक महत्वपूर्ण फैलाव तंत्र है, क्योंकि समय का उस स्थान पर बहुत प्रभाव पड़ता है जहाँ लार्वा बसे हुए हैं। पोमैटोमस साल्टेट्रिक्स एक मछली प्रजाति है जो विश्व स्तर पर मौजूद है, और इसके फैलाव की जांच कण ट्रैकिंग सिमुलेशन का उपयोग करके की जाती है। विशेष रूप से पूर्वी ऑस्ट्रेलियाई धारा लार्वा के अधिकतम फैलाव के लिए महत्वपूर्ण है। प्लैंकटन प्लैंकटन समुद्र की सतहों की पिछली स्थितियों के पुनर्निर्माण के लिए महत्वपूर्ण अभिलेखागार हैं। जबकि प्लैंकटन तलछट में डूब जाता है, यह अशांत समुद्री धाराओं द्वारा प्रेरित किया जा सकता है। महासागर सिमुलेशन का उपयोग कण सतह के मूल स्थानों के आधार पर महासागर के निचले प्रांतों को परिभाषित करने के लिए किया जा सकता है। हिमशैल समुद्री बर्फ पर हिमशैल के प्रभाव को मॉडल किया जा सकता है और टिप्पणियों से तुलना की जा सकती है। जब हिमशैल पिघलते हैं, तो ताजे पानी का एक बड़ा प्रवाह होता है। अंटार्कटिका के आसपास, समुद्री बर्फ जमने के कारण एक नकारात्मक ताजे पानी का प्रवाह होता है। ओशन पार्सल्स के नवीनतम संस्करण तक गिटहब के माध्यम से पहुँचा जा सकता है। इसमें लगातार सुधार, अद्यतन और विस्तार किया जा रहा है। कोड डिजाइन यह सुनिश्चित करता है कि यह उपयोगकर्ता इंटरफेस को प्रभावित किए बिना किया जा सकता है। नीचे आप कुछ संभावित सुधारों की सूची देखते हैंः अंतर्वेशन में अरकावा डी और ई ग्रिड का उपयोग करने के लिए समर्थन को लागू करना अधिक उन्नत अंतर्वेशन विधियों को लागू करना अंतर्वेशन प्रक्रिया में असंरचित ग्रिड का उपयोग करने के लिए समर्थन को लागू करना नई अधिक कुशल प्रोग्रामिंग विधियों को लागू करना लग्रांजियन मॉडलिंग के लिए आगे संख्यात्मक एकीकरण विधियों को लागू करना ओशन पार्सल्स के विकल्प निम्नलिखित सूची में ओशन पार्सल्स के समान (आंशिक रूप से) कार्यों के साथ कुछ कोड पैकेज शामिल हैं। ओपन ड्रिफ्टः नार्वेजियन मौसम विज्ञान संस्थान की परियोजना जिसका उद्देश्य समुद्र और वायुमंडल में बहाव की गणना के लिए ओपन-सोर्स अजगर पैकेज विकसित करना है। TRACMASS: लग्रांजियन महासागर विश्लेषण का उपयोग करके कण प्रक्षेपवक्र की गणना करने वाला फोरट्रान 90 कोड। ऑक्टोपसः सी ग्रिड पर समुद्र में लैग्रैन्जियन कण निर्देशिकाओं की गणना करने वाला फोरट्रान कोड। कनेक्टिविटी-मॉडलिंग-सिस्टम (सी. एम. एस.): मियामी विश्वविद्यालय के रोसेनस्टील स्कूल ऑफ मरीन एंड एटमॉस्फेरिक साइंस द्वारा विकसित समुद्र में कण प्रक्षेपवक्र की गणना करने वाला ओपन-सोर्स फोरट्रान कोड। संदर्भ पृथ्वी विज्ञान सॉफ्टवेयर पायथन (प्रोग्रामिंग भाषा) वैज्ञानिक पुस्तकालय