Dlaczego pogoda?
Pogoda zawsze była jedną z najbardziej dramatycznych wizualnie dziedzin fizyki — i jedną z najtrudniejszych do rzetelnego symulowania. Tornado to wieloskalowa dynamika płynów; tęcza to optyka geometryczna kropli połączona z zależnym od długości fali załamaniem; huragan to silnik cieplny działający na ciepłym oceanie. Każde z tych zjawisk zasługiwało na własną symulację.
Ta kategoria wypełnia też lukę, o której często słyszałem: meteorologię naucza się wszędzie, ale większość wizualizacji to albo statyczne diagramy, albo animacje jakości grafiki telewizyjnej, z którymi nie można wchodzić w interakcję. Te symulacje pozwalają zmieniać dane wejściowe — temperaturę powierzchni morza, uskok wiatru, intensywność opadów — i obserwować, jak reaguje fizyka.
Sześć nowych symulacji
Dwie kolejne symulacje dopełniają kategorię głębszą nauką:
- Formowanie huraganu — animowany przekrój poprzeczny sztormu kategorii 4: oko, spiralne pasma deszczu, fala sztormowa i szybka intensyfikacja napędzana temperaturą powierzchni morza. Towarzyszący artykuł Formowanie huraganu: ciepłe oceany, spiralne wiatry i siła Coriolisa zawiera pełną fizykę, w tym wyprowadzenie siły Coriolisa i skalę Saffira-Simpsona.
- Rozprzestrzenianie pożaru — automat komórkowy + pole wiatru napędzające front ognia na proceduralnym terenie. Reguluj wilgotność, prędkość wiatru i gęstość roślinności.
Co było trudne
Tornado okazało się najbardziej wymagające technicznie. Prawdziwe tornado obejmuje trzy rzędy wielkości skali — szerokość rdzenia wiru to kilkadziesiąt metrów, zewnętrzny mezocyklon ma kilometry szerokości. Osiągnięcie tego wrażenia w scenie WebGL o stałej skali wymagało zasymulowania wieloskalowego charakteru za pomocą dwóch zagnieżdżonych systemów cząstek: ciasnej wewnętrznej spirali szybko poruszających się szczątków i szerszej, wolniejszej zewnętrznej otoczki chmury kondensacyjnej.
Tęcza okazała się zwodniczo skomplikowana. Matematyka optyczna jest prosta (prawo Snella, dwa wewnętrzne odbicia), ale uczynienie jej wizualnie poprawną — dokładna szerokość pasm, właściwa pozycja kątowa, ciemne pasmo Aleksandra między łukiem pierwotnym a wtórnym — wymaga śledzenia dla każdej długości fali w widmie widzialnym od 380 nm do 700 nm, a nie tylko RGB.
Wszystkie symulacje „Pogoda i atmosfera” są już dostępne pod adresem /categories/weather/. Tornado i huragan mają powiązane pogłębione artykuły w bibliotece treści.
Co dalej
W przygotowaniu jest jeszcze kilka zjawisk pogodowych: wyładowanie piorunowe (propagacja lidera + uderzenie powrotne), formowanie chmur (nukleacja i wzrost kropli) oraz model globalnej cyrkulacji pokazujący komórki Hadleya, Ferrela i polarne. Jeśli masz konkretne zjawisko atmosferyczne, które chciałbyś zobaczyć zasymulowane, napisz do nas.