SIMULACE SONDOVÝCH DIAGNOSTIK PRO TOKAMAK COMPASS-UPGRADE

Výzva: 18. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Mgr. Aleš Podolník, Ph.D.

Instituce: Ústav fyziky plazmatu AV ČR
Oblast: Vědy o Zemi

 

Více než 1 milion jádrohodin využije Aleš Podolník k simulaci sondové diagnostiky tokamaku COMPASS-U, právě navrhovaného a konstruovaného zařízení pro výzkum jaderné fúze na světové úrovni. Toto zařízení umožní udržení plazmatu v podmínkách blízkých těm v budoucích fúzních reaktorech ITER a DEMO. Jednou z plánovaných oblastí výzkumu je také návrh vnitřních komponent přicházejících do styku s plazmatem, který vyžaduje komplexní diagnostické vybavení. To bude využívat jak stávající, tak i nově vyvíjené diagnostické systémy reflektující unikátní vlastnosti plazmatu v tokamaku COMPASS-U. Jednou z takových diagnostik jsou Langmuirovy sondy, které při správném návrhu umožňují měřit teplotu a hustotu elektronů nezbytnou pro výpočet tepelného namáhání vnitřních komponent. Návrh i využití sond pro měření v tokamaku s extrémními parametry plazmatu však vyžaduje značné úsilí. Cílem výzkumu Aleše Podolníka a Michaela Komma je simulace sond, které budou přizpůsobeny různým variantám a tvarovým možnostem vnitřních komponent v tokamaku, jež budou v přímém styku s plazmatem. Z předešlých výzkumů vyplývá, že správný návrh sondy je důležitý nejen z provozního hlediska, například pro zamezení roztavení sondy pod extrémním tokem energie z plazmatu, ale především pro maximální korektnost a přesnost získaných fyzikálních dat.



ELEKTRIFIKACE BOUŘEK – SIMULACE VYBRANÝCH UDÁLOSTÍ

Výzva: 17. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: doc. RNDr. Zbyněk Sokol, CSc.

Instituce: Ústav fyziky atmosféry AV ČR
Oblast: Vědy o Zemi

 

Více než 1 milión jádrohodin pro simulaci a studium elektrifikace bouřek získal Zbyněk Sokol z Ústavu fyziky atmosféry AV ČR. Bouřky patří mezi nebezpečné povětrnostní jevy, které jsou doprovázeny silnými poryvy větru, krupobitím či vysokou bleskovou aktivitou. Přestože mohou způsobovat výrazné socioekonomické ztráty spojené nejen s hmotnými škodami ale i oběťmi na životech, nebyly dosud plně popsány a pochopeny, a z tohoto důvodu je jejich předpověď velmi obtížná. Jedním z nejasných procesů probíhajících během bouřek je právě proces elektrifikace. Zbyněk Sokol bude s kolegyní Janou Minářovou pomocí superpočítače simulovat proces elektrifikace během konvektivních bouřek, které byly pozorovány na území České republiky v letech 2018 a 2019. Simulace budou probíhat pomocí modelu Cloud Electrification Model (CEM), jež byl implementován do numerického modelu předpovědi počasí COSMO, označeném jako CEM-COSMO. Podle autorů projektu se bude jednat o první projekt, který bude studovat a explicitně simulovat elektrifikaci bouřek v oblasti střední Evropy. Výsledky projektu mohou přispět k rozšíření znalostí o jevech souvisejících s bouřkami, jako jsou elektrifikace a blesková aktivita, a dále k přesnějšímu modelování předpovědi počasí.



VALIDACE MODELU PALM-4U S POZOROVACÍ KAMPANÍ V PRAZE-DEJVÍCÍCH

Výzva: 15. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Mgr. Ondřej Vlček

Instituce: Český hydrometeorologický ústav
Oblast: Vědy o Zemi


  

PALM-4U (www.palm4u.org) je mikroměřítkový model, který umožňuje provádět detailní simulace meteorologických podmínek a kvality ovzduší v městských oblastech v rozlišení jednotek metrů. S jeho pomocí je snadnější modelovat stále častější extrémně vysoké teploty v sídelních aglomeracích (efekt tepelného ostrova města) a následné zvýšené znečištění ovzduší. Kromě toho umožňuje model komplexní hodnocení dopadů urbanistických scénářů na mikroklima i kvalitu ovzduší. Cílem projektu Ondřeje Vlčka z ČHMÚ a jeho kolegů z Univerzity Karlovy a Akademie věd ČR je provést podrobnou validaci nejnovějšího modelu PALM-4U v podmínkách Prahy s využitím poznatků z pozorovacích kampaní v Praze-Dejvicích. Ty zajistili odborníci z ČHMÚ ve dvou čtrnáctidenních cyklech v létě a v zimě roku 2018, během kterých kromě meteorologických podmínek a kvality ovzduší v uličních kaňonech měřili i teploty povrchů budov infračervenou kamerou a tepelné toky fasádami. K dispozici budou mít i data z meteorologických stanic v Praze. Na validaci modelu spolupracují s partnery z německého projektu MOSAIK (Plánování měst založené na modelu a jeho využití v oblasti změny klimatu) a získali na ni více než 1 milion jádrohodin v naší 15. veřejné grantové soutěži.



KONVEKCE A KLIMATICKÉ SIMULACE

Výzva: 14. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Mgr. Michal Belda, Ph.D.

Instituce: Univerzita Karlova
Oblast: Vědy o Zemi

Důležitým nástrojem pro posouzení klimatických změn jsou globální i regionální klimatické modely, které však mají stále relativně nízké rozlišení a možnost jejich využití pro lokální aplikace je proto omezená. Nízké rozlišení většiny modelů neumožňuje implicitní posouzení jevů, jako jsou vzestupné pohyby (konvekce) a s nimi spojené intenzivní srážky. Tyto jevy je třeba v modelech reprezentovat parametrizacemi. Od roku 2016 spolupracují vědci z téměř 30 institucí z celé Evropy na pilotní studii schválené poradním týmem World Climate Research Programme (WCRP), která využívá pro vytváření klimatických scénářů regionální modely v nehydrostatickém režimu ve vysokém rozlišení (3 km a méně), u nichž je předpoklad implicitního zahrnutí mechanismů konvekce. V budoucnu tak budeme mít mnohem podrobnější scénáře dopadů klimatických změn na regionální a lokální úrovni. Michal Belda z Univerzity Karlovy, který je do pilotní studie WCRP zapojen, získal v naší 14. veřejné grantové soutěži 1 milion jádrohodin na simulace dlouhodobého klimatu v minulosti, jež budou sloužit jako základ pro posouzení budoucích klimatických scénářů. Belda se zaměří na alpský region i Českou republiku.



PARETRAN2 (PARALELIZOVANÝ REAKČNĚ-TRANSPORTNÍ MODEL ŠÍŘENÍ KONTAMINACE V PODZEMNÍCH VODÁCH 2)

Výzva: 13. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Ing. Michal Podhorányi, Ph.D

Instituce: IT4Innovations
Oblast: Vědy o Zemi

Radioaktivní odpady (RAO) vydávají nebezpečné záření i po desítky tisíc let. Proto musí být izolovány od životního prostředí na dlouhou dobu, dokud se nepřemění na látky stabilní. V České republice jsou RAO bezpečně ukládány do tří úložišť radioaktivních odpadů. Za celosvětově nejúčinnější a nejbezpečnější cestu ke zneškodnění těchto látek se však považuje hlubinné úložiště ve stabilním geologickém prostředí, kde nehrozí například zemětřesení a záplavy. V ČR zodpovídá za projekt hlubinného úložiště Správa úložišť radioaktivních odpadů, která počítá s jeho zahájením v roce 2065. V současné době identifikuje potenciálně vhodné lokality a finální lokalita by měla být vybrána v roce 2025. Naši kolegové Michal Podhorányi a Lukáš Vojáček spolupracují od roku 2017 s Masarykovou univerzitou a společností DHI na projektu Paralelizovaný reakčně-transportní model šíření kontaminace v podzemních vodách (PaReTran) podpořeném Technologickou agenturou České republiky (TH02030840). Cílem PaReTranu je zlepšit možnosti analýzy potenciálního rizika kontaminace životního prostředí v důsledku dlouhodobého šíření radioaktivních látek z hlubinného úložiště radioaktivních odpadů okolním horninovým prostředím. Simulace pomocí reakčně-transportních modelů (FEFLOW) jsou výpočetně náročné a jejich paralelizace pro nasazení na systémy HPC umožní urychlení simulací. Výpočetní čas získaný v naší 13. veřejné grantové soutěži vědci využijí pro vývoj programu TRM. Zaměří se na testování a měření škálovatelnosti paralelizace programu s využitím volně dostupných knihoven PhreeqcRM pro simulace geochemických procesů.