Ingeniero Petrolero

Capítulo 1: Introducción
Derechos de autor 2011, David A. Randall

1.1 ¿Qué es un modelo?

La comunidad de ciencias atmosféricas incluye un grupo grande y energético de investigadores que diseñan y llevan a cabo mediciones de la atmósfera. Ellos hacen el desarrollo de instrumentos, desarrollo de algoritmos, la recopilación de datos, la reducción de datos y análisis de datos.

Los datospor sí mismos son sólo números. Con el fin de dar sentido físico de los datos, se necesita algún tipo de modelo. Puede ser que sea un modelo conceptual cualitativo, o podría ser una teoría analítica, o podría ser un modelo numérico. Los modelos proporcionan una base para la comprensión de datos, y también para hacer predicciones sobre los resultados de las mediciones.

En consecuencia, unacomunidad de creadores de modelos es difícil en el desarrollo de modelos de trabajo, la realización de cálculos, y el análisis de los resultados, en parte, por comparación con los datos. Los modelos de ellos mismos son sólo "historias" sobre la atmósfera. En lo que a estas historias pertenece, de cualquier manera, los modeladores deben esforzarse por satisfacer un requisito muy especial y bastantedesalentador: Las historias deben ser ciertas, por lo que podemos decir, en otras palabras, los modelos deben ser compatibles con todos las medidas pertinentes.

La mayoría de los modelos de ciencias atmosféricas se formulan partiendo de los principios de física básica, tales como la conservación de la masa, la conservación del momento, y la conservación de energía termodinámica. Muchas de estasecuaciones son pronosticadas, lo que significa que implican derivadas temporales. Un ejemplo sencillo es la ecuación de continuidad, que expresa la conservación de los masa:



Aquí t es el tiempo, ρ es la densidad del aire seco, y V es el vector de velocidad en tres dimensiones. Las variables pronosticadas se rigen por las ecuaciones de pronóstico. Eq. (1) es una ecuación de pronóstico, en que ρes una variable pronosticada. Un modelo que contiene ecuaciones de pronóstico se resuelve por la integración de tiempo y a las variables pronosticadas de este modelo se le deben asignar las condiciones iniciales.

Cualquier variable que no es de pronóstico se llama de diagnóstico. Las ecuaciones que no contienen derivadas de tiempo se llaman ecuaciones de diagnóstico o diagnosticadas. Lasvariables de diagnóstico de un modelo pueden ser calculadas a partir de las variables de pronóstico y los parámetros externos que se imponen a la modelo, por ejemplo, el radio de la Tierra. En este sentido, las variables pronosticadas son primarios, y las variables de diagnóstico son secundarias.



1.2 Modelos elementales.

Las sub-disciplinas de ciencias de la atmósfera, por ejemplo, la dinámicade fluidos geofísicos, transferencia radioactiva, la química atmosférica y microfísica de las nubes, hacen uso de modelos que son esencialmente las aplicaciones directas de los principios físicos mencionados anteriormente a los fenómenos que se producen en la atmósfera. Estos modelos son "primarios o elementales" en el sentido de que constituyen la base del marco conceptual para otros trabajos demodelaje. Muchos de los modelos elementales se desarrollaron bajo las banderas de la física y la química, pero algunos - lo suficientemente para que podamos estar orgullosos - son productos del comunidad de la ciencia atmosférica. Los modelos primarios o elementales tienden a hacer frente a los fenómenos de microescala, (Por ejemplo, la evolución de las gotas de las nubes individuales suspendidaso cayendo por el aire, o las propiedades ópticas de los cristales de hielo), de modo que su aplicación directa a la atmosférica a problemas prácticos por lo general se ven frustrados por la magnitud y la complejidad de la atmósfera.
Los modelos elementales suelen ser analíticos. Esto significa que los resultados que producen consisten en ecuaciones. Como ejemplo simple, considere la ley de los...