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第71章 评估和控制技术(3)(3 / 3)

●预测飞机挡风玻璃或机舱(发动机外盖)如果撞了鸟,可能造成的损坏。

●确定如果装配线提速的话,是否会对啤酒罐表面造成碰撞痕迹。

●模拟被称为球囊扩张术(balloon angioplasty)的医疗程序,医生会通过在被阻塞的动脉血管中塞入气球,对其充气,以打通动脉。计算机程序可以帮助研究人员确定如何执行该程序,对动脉壁产生较小的损伤。

●预测汽车安全气囊的行为,以及为它们充气的传感器的合适位置。

●改进汽车内饰件设计,以减少在碰撞时带来的伤害(例如,一个人的胸口撞上方向盘可能带来的伤害)。

●设计自行车和摩托车头盔,以减少头部受伤。

●改进照相机的设计,降低其不小心掉地上时可能的损坏。

●预测地震对桥梁和建筑物产生的效果。

使用碰撞分析程序的工程师们并不相信他们应该取消物理碰撞测试。计算机程序是对理论的一种实现。如果程序设计者没有考虑其中发生的什么事情的话,那么程序的结果可能会很差。碰撞分析程序是非常优秀的设计工具,它们以非常低的开发成本增加了汽车的安全性。但我们还需要物理碰撞测试来确认它真的安全。

例2:气候建模

地球拥有多个冰期(Ice Age),在两个冰期之间是温暖的间冰期。我们现在正处于一个间冰期,时间已经超过了11 000年。在这样的期间内,世界上的不同地区,气候会随着时间的推移发生变化。例如,大约在一千年前北半球经历了一个中世纪暖期,随后又经历了一个较冷的时期(大约1550至1850年),后者有时也被称为小冰期。

气候变化是一个非常复杂的现象。太阳辐射使地球升温。一些热量被反射回来,而在大气层中的气体会捕获其中的一些反射回来的热量。后者的现象被称为温室效应。没有它,地球上的温度会过于寒冷,而无法维持生命。水蒸气是主要的温室气体,但还有其他几个重要的温室气体。因为人类活动(特别是燃烧化石燃料),提高某些温室气体的浓度,其中二氧化碳(CO2)是最重要的。从大约16 000年前开始,CO2浓度一直呈上升趋势。然而,自工业革命开始以来,二氧化碳浓度的增加开始提速。[8] 1850年至1899年期间,到2001年至2005年期间,全球平均气温大约上升了0.76℃。[9] 大约1980年开始,温度上升开始加速。全球温度上升让人们开始担心过度变暖可能带来的威胁,这可能是由于人类活动导致在大气中的CO2和其他温室气体的增加。对全球变暖的预测都是基于气候的计算机模型。我们要考虑的就是这些模型。1990年以来,由联合国和世界气象组织资助的政府间气候变化委员会(IPCC),会大约每五年发布一次关于气候变化的科学以及气候模型的质量和预测的详细报告。本节中的信息大多来自这些报告。

与汽车碰撞分析模型一样,气候模型也要根据指定的模拟时间间隔,计算网格点和元素的相关变量。这里的网格可以环绕地球,往上穿过大气层,往下到海洋深处。该模型包含太阳的能量输出的信息;地球的轨道、倾角和自转;地理(陆地地图);地形(山脉等);云;海洋和极地冰盖;土壤和空气中的水分;以及大量其他因素。用公式来模拟大气压力、温度、风速和方向、湿度、降水、洋流等。研究人员利用气候模型来研究未来气候变化的不同方面。例如,他们尝试要确定如果大气中的二氧化碳浓度增加一倍会带来的结果。(目前的趋势表明,到21世纪中的某个时间,二氧化碳浓度会比在20世纪开始时的大致水平增加一倍。[10]) 气候模型还可以对人口、工业和经济活动、能源使用等做出不同情境的假设前提下,对本世纪余下的时间里,全球温度、海平面,以及其他气候特征可能产生的变化做出预测。模型的另一个任务是,区分其中多少变暖是由人类活动引起,而多少变暖是自然引起的。IPCC已经得出结论,自1750年以来,人类活动“极有可能”对气候造成了大幅升温的影响。