Цифровой двойник почвы покажет, где будет наводнение, а где засуха
Международный коллектив ученых впервые сравнил три метода компьютерного моделирования почвы на уровне пор. Результаты исследования показывают, что цифровой двойник почвы корректно работает для прогнозирования ее свойств. Этот подход найдет применение во множестве областей: от нефтегазовой промышленности и материаловедения до почвоведения и гидрологии.
Результаты опубликованы в журнале Soil and Tillage Research. Авторы показали, что разработка и применение цифрового двойника почвы открывает новые возможности для неинвазивного исследования и прогнозирования ее свойств. Этот подход позволит предотвращать эрозии и наводнения, прогнозировать запасы воды в различных сценариях выпадения осадков, а также учитывать влияние изменения климата.
«Можно пойти и дальше — на основе разрабатываемых методик можно создавать дизайнерские почвы с идеальными физическими свойствами для определенных культур и условий окружающей среды»,— добавил Кирилл Герке, директор по науке Центра вычислительной физики.
Традиционные подходы к изучению почвы, такие как отбор образцов для измерения в лаборатории, являются разрушающими, медленными и потенциально вносят ошибки из-за проблем измерительных протоколов. Более того, экспериментальный метод ограничивает движение воды в почве, блокируя боковые потоки, и не позволяет получить полную информацию о фильтрационных характеристиках пористой среды. Ученые из ЦВФ МФТИ с коллегами предлагают принципиально другой подход к изучению свойств почвы, который позволит исследовать ее виртуально с более полной информацией о свойствах.
Очень важен параметр насыщенной гидравлической проводимости почвы — величина, показывающая, как быстро вода может просачиваться и распределяться по почве. Этот параметр позволят определять продуктивность почвы для сельского хозяйства, риски эрозии и наводнения и способность почвы справляться с экологическими последствиями.
Ученые создали 3D-структуру на уровне пор для трех образцов почвы Суздальского ополья с помощью изображений рентгеновской микротомографии. Они применили три принципиально разных метода моделирования для расчета гидравлической проводимости. Несмотря на то что методы имеют различные фундаментальные подходы, результаты моделирования совпадают по порядку величины с экспериментом. Что подтвердило надежность цифрового моделирования.
Исследователи сравнивали расчетные и экспериментальные значения насыщенной гидравлической проводимости. Модельные значения оказались в 2–10 раз больше полевых. Ученые объясняют, что различия обусловлены ограничениями рентгеновской компьютерной томографии, а также сложностями в создании одинаковых граничных условий в численном и полевом экспериментах. Цифровой подход открыл новые задачи в выявлении причин расхождения, такие как необходимость учета разных масштабов в структуре почвы, выявление органики, расположенной в порах почвы. Благодаря моделированию впервые удалось подчеркнуть анизотропность почвы — ее способность проводить воду по-разному в различных направлениях. Этот эффект сложно исследовать экспериментальными методами.
«Безусловно, как у и любой модели, у нашей тоже есть ограничения. Мы используем статические данные о структуре полученные с помощью компьютерной томографии при определенном насыщении почвы водой. При изменении влажности структура, в которой происходит фильтрация, меняется. Для учета влияния этих факторов нам необходимо описать динамику структуры при изменении влажности. Совместив две модели: модель фильтрации и динамики структуры, мы сможем впервые детально описать процессы в реальных природных объектах, что будет значительным шагом вперед»,— добавил Кирилл Герке.
Исследование демонстрирует потенциал моделирования как надежного и неразрушающего инструмента для исследования почвы.
В работе участвовали ученые из Центра вычислительной физики МФТИ, Института физики Земли РАН, Университета короля Абдаллы (Саудовская Аравия), МГУ, Лейбниц-центра ZALF (Германия), Института почвоведения имени Докучаева и CSIRO (Австралия).
Telegram 
Дзен 
VK Американское Министерство войны продолжает публиковать документы и видеозаписи о наблюдении неопознанных летающих объектов. Как и ранее, происхождение объектов из наблюдений неясно, но достаточно очевидно, что как минимум часть из них не относятся к известным сегодняшней науке природным феноменам.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Американские палеонтологи собрали первую научно достоверную копию скелета Deinosuchus schwimmeri — суперхищника длиной 9,5 метра, обитавшего в меловом периоде. В процессе реконструкции ученые провели ревизию уже найденных окаменелостей, упразднили один сомнительный вид и описали новый. В итоге исследователи классифицировали животное как предка аллигаторов, а еще нашли у него интересные анатомические особенности пока неясного назначения.
Американское Министерство войны продолжает публиковать документы и видеозаписи о наблюдении неопознанных летающих объектов. Как и ранее, происхождение объектов из наблюдений неясно, но достаточно очевидно, что как минимум часть из них не относятся к известным сегодняшней науке природным феноменам.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Американские палеонтологи собрали первую научно достоверную копию скелета Deinosuchus schwimmeri — суперхищника длиной 9,5 метра, обитавшего в меловом периоде. В процессе реконструкции ученые провели ревизию уже найденных окаменелостей, упразднили один сомнительный вид и описали новый. В итоге исследователи классифицировали животное как предка аллигаторов, а еще нашли у него интересные анатомические особенности пока неясного назначения.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно