Taller de Modelación Numérica - ENES Juriquilla - 2025-1

 

Taller de Modelación Numérica

Licenciatura en Ciencias de la Tierra, ENES Juriquilla

Universidad Nacional Autónoma de México

Semestre 2025-1

Horario de clase:

  • Teórica: Lu 11:00-12:00, Ju 10:00 - 12:00. VI-Salón PB-03.
  • Práctica: Vi 11:00- 14:00. V-304 Cómputo.
 

 

Programa

 

Libros de texto principales: 

Bibliografía básica:

  • Durran, D.R. (2010). Numerical Methods for Fluid Dynamics: With Applications to Geophysics (2a. ed.). Springer.

  • Seinfeld, J. y Pandis, S. N. (2016). Atmospheric Chemistry and Physics (3a. ed.). John Wiley & Sons.

  • Trenberth, K. E. (2010). Climate System Modeling. Cambridge University Press.

 

 Bibliografía complementaria:

  • Gould, H., Tobochnik, J. y Christian, W. (2006). An Introduction to Computer Simulation Methods: Applications to Physical Systems (3a. ed.). Addison-Wesley.

  • Haidvogel, D. B. y Beckmann, A. (1999). Numerical Ocean Circulation Modeling, Series on Environmental Science and Management, Vol. 2. Imperial College Press.

  • Jacobson, M. Z. (2005). Fundamentals of Atmospheric Modeling (2a ed.). Cam- bridge University Press.

  • Kantha, L. H. y Clayson, C. A. (2000). Numerical Models of Oceans and Oceanic Processes, International Geophysics Series, Vol. 66. Academic Press.

 

Calificación total:

50 % Teoría 50% práctica

 Calendario de exámenes :

Examen 1 (25%): Septiembre 26, 2024. 4:30 pm - 6:30 pm.
Examen 2 (25%): Octubre 24, 2024. 4:30 pm - 6:30 pm.
Examen final (30%): Noviembre 28, 2024. 4:30 pm - 7:00 pm.
 

Objetivo del curso:

Al finalizar el curso-taller, el alumnado será capaz de aplicar las técnicas para calcular soluciones numéricas de sistemas de ecuaciones diferenciales orientadas a la modelación de procesos en el área de Ciencias de la Tierra.

 

Objetivos específicos:

• Identificar las ecuaciones de conservación.
• Resolver problemas de Ciencias de la Tierra.
• Proponer soluciones de ecuaciones diferenciales ordinarias. 
• Distinguir las soluciones de los problemas de transporte.
• Resolver problemas difusivos de valores iniciales.


1. Ecuaciones de conservación
 

2. Algunos problemas en Ciencias de la Tierra.

2.1 Introducción.
2.2 Convección térmica.
2.2.1 Derivación y escalamiento.
2.2.2 Soluciones.
2.2.3 Una forma alternativa: Las ecuaciones de Lorenz y caos.
2.3 Ecuaciones de aguas someras.
2.3.1 Linealización de las ecuaciones de aguas someras en el plano ecuatorial. 
2.3.2 Modelo de Cane/Zebiak para la predicción del Niño.
2.4 Propagación de ondas sísmicas
2.4.1 Derivación básica: medio lineal elástico.
2.5 Flujo en un medio poroso.
2.5.1 Medio poroso rígido.
2.5.2 Medio poroso deformable: migración de magma.
2.6 Transporte geoquímico/flujos reactivos.

3. Soluciones de ecuaciones diferenciales ordinarias

3.1 Método de Euler.
3.2 M ́etodo de Runge-Kutta.
3.3 M ́etodos de paso fijo y paso variable.

4. Transporte: flujo conservativo y no difusivo, problema de valores iniciales

4.1 Método de Runge-Kutta.
4.2 Método de paso fijo y paso variable.

5. Difusión: problema difusivo de valores iniciales

5.1 Física básica de la difusión.
5.2 Formulación numérica del problema de difusión.
5.2.1 Condiciones de frontera.
5.3 Esquemas implícitos y estabilidad.
5.3.1 Analogía con decaimiento radioactivo.
5.3.2 Esquemas totalmente implícitos.
5.3.3. Esquemas Crank-Nicholson.
5.3.4 Condiciones de frontera para esquemas implícitos.

6. Modelos de circulación general, de circulación atmosférica y de circulación oceánica

6.1 Modelos de circulación general.
6.2 Modelos de circulación oceánica.
6.3 Modelos de circulación atmosférica.
6.4 Parametrizaciones.
6.5 Modelos de procesos biogeoquímicos. WRF Modeling System Overview

 

Tarea aproximadamente semanal:

La tarea se deberá entregar durante los primeros 10 minutos comienzo de la clase. La tarea estará disponible en línea en

https://paginas.matem.unam.mx/gerardo/

aproximadamente una semana antes de su fecha de entrega. Por favor, entregar su tarea engrapada y con su nombre escrito en la primer página.

Tarea 1

 

Calificación de tareas: 

La calificación final de las tareas contarán el 15% de su calificación final. 


Política de entrega:

La tarea debe entregarse antes del inicio de la clase. Las demás tareas que se entreguen tarde se aceptarán hasta ese mismo día y contarán el 80% del crédito original. No se aceptarán tareas después de la fecha límite, sin excepciones! El objetivo de esta política es ayudarles a no retrasarse con el material.


Expectativas:

Se espera que trabajen fuera de clase al menos 9 horas por semana. 


En el salón de clase:

Deben asistir a clase. Se harán anuncios importantes durante la misma. Si faltan, pidan las notas a sus compañeros. Su asistencia y buena participación en clase les contará el 5% de su calificación final.


Para obtener ayuda:

Si tienen dudas o preguntas, hay horarios de oficina por solicitud.

Parte Práctica:
1. Linux 4 semanas.
2. WRF-ARW 12 semanas.

Calificación 4 proyectos:
1 Linux, 2 WRF-WPS, 3 WRF-ARW, 4 WRF-Out
Todos estos proyectos se calificarán mediante una exposición y una revisión del código.