Malo stvari u prirodi je tako predvidljivo kao okeanske plime. Vođeni gravitacionim privlačenjem Meseca i Sunca, ovi uporni, kratkoperiodični fenomeni velike magnitude očigledni su u skoro svim vrstama okeanografskih i satelitskih posmatranja. Oni takođe direktno utiču na ritam života miliona ljudi i bezbrojnih ekosistema.
Ali u poslednje vreme, istraživači su primetili suptilne promene u površinskim merenjima plime i oseke koje se ne poklapaju sa promenama u gravitacionom privlačenju Meseca i Sunca. Umesto toga, prikupljeni podaci i teorija ukazuju da iza zapažanja može biti zagrejana površina okeana.
Da bi istražio ove pojave, dr Michael Schindelegger sa Univerziteta u Bonu koristi superkompjuterske resurse u Centru za superračunanje Julich (JSC) kako bi bolje razumio podatke posmatranja prikupljene između 1993-2020, poboljšavajući tačnost trodimenzionalne (3D) cirkulacije okeana modeli u procesu.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Komunikacije Zemlje i životne sredine.
„Plima i oseka često maskiraju druge potencijalno zanimljive i manje predvidljive signale koji se odnose na, na primer, opštu cirkulaciju okeana ili efekte klimatskih promena“, objašnjava Šindeleger. „Izvlačenje klimatskih signala iz okeanografskih posmatranja takođe zavisi od tačnosti sa kojom možemo modelirati plime, uključujući njihove potencijalne promene tokom vremena.“
Naučnici procenjuju da gornjih 700 metara okeana apsorbuje oko 90% viška toplote koja je zarobljena u klimatskom sistemu koji se zagreva. Kako se ova zona okeana zagreva, ona se takođe širi i postaje manje gusta, što dovodi do većeg kontrasta u gustini vode u poređenju sa nižim nivoima okeana koji ostaju hladniji i gušći.
Konkretno, Šindeleger i njegove kolege istražuju interaktivni odnos između klime koja se zagreva, stratifikacije okeana kao mere kontrasta gustine i dve vrste plimnih struja: barotropne plime, koje se odnose na periodično kretanje okeanskih struja povezanih sa gravitacionim silama; i baroklinske ili unutrašnje plime, koje se javljaju kada barotropne plime teku protiv podvodne topografije, poput grebena, uzrokujući da talasi gušće vode iz dubine guraju nagore u manje gustu površinsku vodu.
„Zagrevanje u gornjem delu okeana pojačava prenos energije sa barotropnih na baroklinske plime, tako da plime otvorenog okeana sada gube nekoliko procenata više energije plime i oseke na unutrašnje talase nego pre tri decenije“, objašnjava Šindeleger. Da bi se procenila ozbiljnost ovih promena i predvideo njihov uticaj na priobalne regione, simulacije su postale suštinski alat.
Posmatranje i modeliranje okeanskih plime i oseke nije ništa novo, a novi podaci za rad postaju dostupni svakog sata svakog dana. Međutim, prikupljeni podaci u blizini obale mogu biti pogođeni „šumom“ i greškama, dok su kompjuterski modeli uvek pojednostavljeni prikazi procesa u stvarnom svetu. Zbog toga je, prema Schindeleggeru, imperativ uzeti u obzir i podatke posmatranja i modele prilikom testiranja promjena plime.
Štaviše, razmatranje plime u realističnijem, slojevitom okeanu—uključujući ove baroklinske plime—znači da bi uspostavljeni 2D modeli okeana morali biti prošireni da bi uključili dubinu kao treću dimenziju i imali veću horizontalnu rezoluciju kako bi se postigla korisna preciznost.
„Rani pokušaji modeliranja bili su ograničeni na jednoslojni model okeana konstantne gustine, koji sam čak mogao da pokrenem na jednom CPU-u“, kaže Šindeleger. „Ali kako sam počeo da istražujem uzroke promena u okeanskim plimama, posebno efekte stratifikacije, 3D modeli opšte cirkulacije postali su neophodni.“
Šindeleger kaže da je proveo oko pet godina postepeno dodajući složenost modelu, ali je postalo jasno da će za postizanje potrebne rezolucije za tačne 3D modele biti potrebna veća računarska snaga. Iz tog razloga, Schindelegger i njegove kolege su se obratili superkompjuteru JSC, JUVELS.
„Kako se računarska mreža takođe proteže u vertikalnom pravcu, imamo oko 300 miliona tačaka mreže za dijagnozu relevantnih varijabli pritiska, temperature i saliniteta iz jednačina modela“, kaže Schindelegger.
„Morali smo da iskoristimo milion radnih sati da bismo uspešno izvršili projekat. Distribucija zadatka na veliki broj računarskih čvorova bila je ključna za postizanje izvodljivih vremena rada i izbegavanje problema sa memorijom. Resursi dostupni na JUVELS-u obezbedili su neophodnu osnovu za ovu vrstu aplikacije .“
Šindeleger kaže da, iako su ove površinske promene plime i oseke do sada suptilne — pad od približno jednog centimetra tokom nekoliko decenija na obali, a još manje u dubokom okeanu — i dalje vredi nastaviti sa poboljšanjem 3D modela dok ne bude mogao da predvidi sa razumnu tačnost kako će ove promene u stratifikaciji okeana uticati na obalne regione u budućnosti. Naročito za mesta poput Mejnskog zaliva ili severne Australije, gde su plime izražene i nailaze na složenu podvodnu topografiju, čak i ove male promene mogu imati značajne implikacije.
Uz kontinuirani pristup superkompjuterskim resursima, Šindeleger i njegovi saradnici će iskoristiti moćan alat za dopunu proučavanju podataka posmatranja. Uzeti zajedno, ove dve istraživačke metode će pomoći istraživačima u geonaukama da bolje razumeju ulogu koju okean koji se zagreva za plimu i oseku i njihovu ulogu u klimatskom sistemu.
