Abstract:
RESUMEN: El trabajo a presentar es una investigación que nos permite comprender, de forma general, el funcionamiento físico y matemático de un Modelo de Circulación General (GCM), esta investigación fue desarrollado con la ayuda del modelo PUMA® (Portable University Model of Atmosphere) de la universidad de Hamburgo, diseñado para la fomentación científica y aprendizaje de aquellos que estén interesados en el área de las ciencias atmosféricas, siendo un software de licencia libre y estructurado de manera sencilla. En el modelo podemos observar gráficas de temperatura, presión, viento zonal, vorticidad, así como el comportamiento de los armónicos esféricos aplicados a una esfera en rotación, con respecto del tiempo, de manera simple y sencilla para la rápida comprensión del usuario. Al trabajar con el modelo PUMA® podemos obtener un panorama general del comportamiento de un software científico especializado en la dinámica de la variabilidad atmosférica a corto, mediano y largo plazo. El PUMA® nos ofrece dos opciones para las simulaciones de la circulación atmosférica: PUMA y Planet Simulator, en el desarrollo de esta tesis se trabajó con los dos modelos. Los dos modelos trabajan con las mismas bases matemáticas; series asociadas de Legendre y armónicos esféricos, asimismo con ayuda de las leyes físicas implementadas por el sistema de ecuaciones primitivas, las cuales son un conjunto de ecuaciones que establecen las leyes de temperatura, presión, conservación de energía y materia para un sistema termodinámico. Este conjunto de matemáticas y físicas se representan en gráficas que cambian con el tiempo y nos permiten tener un panorama general del equilibrio cíclico de las variables así como la evolución de las mismas con respecto del tiempo, implementando una técnica conocida como truncación triangular que a su vez nos define la resolución que podemos visualizar. Cada modelo trabaja a diferente ritmo, debido a los cálculos que deben realizar, por consiguiente cada uno consume de manera diferente los recursos del hardware para poder ejecutar el análisis deseado. Los dos modelos trabajan con un sistema de coordenadas sigma , sin embargo el modelo Planet Simulator aprovecha las ventajas de este sistema de coordenadas y minimiza el error al ejecutar de forma simultánea y en una estructura mixta el sistema de coordenadas de presión. Cabe señalar que los modelos trabajan con formas idealizadas de la dinámica atmosférica, por consiguiente no obtenemos datos reales de eventos que estén sucediendo por alteraciones en las variables tales como la alza en los niveles de gases de efecto invernadero, provocado por el consumo de energéticos de combustibles fósiles, así como la perdida de los casquetes polares y el cambio que estos provocan en las temperaturas de las corrientes atmosféricas de todo el planeta.
ABSTRACT: The work done is a basic understanding of the physical and mathematical functioning of a Global Circulation Model (GCM), the work was carried out in the model PUMA® (Portable University Model of the Atmosphere) from the university of Hamburg, developed for scientific learning and promotion, structured in a simple way, it is a free software for those interested in the topics of atmosphere science. In PUMA`s model we can observe meteograms of temperature, pressure, zonal wind, vorticity and the behavior of the spherical harminics applied to a rotating sphere in a simple way for the quick understanding of the user. Working with the PUMA® model we can get a general overview of the behavior of a scientific software specialized in the dinamics of the atmosphere variable to short, medium and long term. PUMA offers us two options for simulations of the atmosphere circulation: PUMA and Planet Simulation, for the development of this tesis it was use the two models. Models work with the same mathematics, associated legendre series and spherical armonics, Also with the help of the physics implemented in the system of primitive equations, which they are a set of equations that sets the laws of temperature, pressure, energy and mass conservation for a thermodynamic system. This set of mathematics and physics they are represented in graphs that change over time and allows us to have a general overview of the cyclic balance of the variables as well as their evolution with respect to time, using a technique known as triangular truncation which difine the resolution what can we visualize. Each model works with different rhythm, due to the calculations that must be made, therefore each consumes of a different way the resources of the hardware to run the desired analysis, both models works with a system of coordinates sigma , nevertheless the model Planet Simulator take adventage of this system of coordinates and minimizes the error when executing simultaneously and in a mixed structure the pressure coordinate system. It should be noted that de models warks with a idealized ways of the dynamic atmosphere, therefore we not get real data of of events that are happening due to changes in atmospheric variables such as the rise in greenhouse gas levels for the consumption of fossil fuel energetic as well as the loss of polar caps and the change that cause on the atmosphere tides of the planet.
Description:
Tesis (Ingeniería Geofísica), Instituto Politécnico Nacional, ESIA, Unidad Ticomán, 2021, 1 archivo PDF, (114 páginas). tesis.ipn.mx