Att förutse luftströmmarnas rörelser

Milo Viviani som disputerade i matematik vid Chalmers tekniska högskola 2020, har tack vare ett anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse erhållit en postdoktoral tjänst hos professor Michele Benzi vid Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien.

Att förutsäga vad det blir för väder framöver är notoriskt svårt. Och ju längre fram i tiden desto vanskligare blir det, trots att de ekvationer som ska beskriva atmosfärens dynamik har funnits sedan drygt två hundra år tillbaka. Ekvationerna saknar generella lösningar och forskarna är hänvisade till specialfall och förenklingar som kan leda till att problem blir lösbara. Men med kraftfulla datorer och smarta algoritmer går det att få fram numeriska lösningar som kan tillämpas på vätske- och luftflöden. Milo Vivianis projekt handlar om att utveckla flödesmodeller för vatten- och luftcirkulation runt en sfär. Modellen kan till exempel beskriva väderfenomen på jorden, men även på andra planeter, som Jupiter. 

En svårighet med strömmande luft är att rörelsen lätt blir instabil och bildar små och stora virvlar – strömningen blir turbulent. Turbulenta flöden är slumpmässiga, så det går inte att förutse dem i detalj, däremot är det möjligt att beräkna deras statistiska egenskaper. Turbulens är inte heller linjär, små störningar leder så småningom till stora förändringar i flödet, en egenskap som fångas väl av den omskrivna fjärilseffekten – en fjärils vingslag på en plats på jorden kan orsaka våldsam storm på andra sidan jordklotet. 

Turbulensens nyckfulla karaktär går att fånga matematiskt med olika modeller. Det slutliga målet för Vivianis projekt är att kombinera matematiska metoder med storskaliga datorberäkningar för att fördjupa analysen av långtidsbeteendet hos luftflöden och på så sätt bättre förstå jordens klimatsystem.