Fysikkmodellering

Fysikkmodellering er utvikling av matematiske representasjoner av fysiske systemer for å forklare observasjoner og forutsi oppførsel under bestemte betingelser. Modellene kan være mekanistiske, basert på kjente fysiske lover som bevegelse, energi og kontinuitet, eller empiriske og dataavledede. Ofte kombineres disse tilnærmingene i såkalte hybride modeller. Modeller uttrykkes vanligvis som ligninger, ofte differensialligninger, partielle differensialligninger eller stokastiske prosesser, og løses analytisk eller numerisk.

Arbeidsprosessen følger generelt: avgrense systemet og definerte observasjonsmål; bestemme ønsket detaljnivå og nødvendige antakelser; formulere styrende ligninger; discretisere og implementere i programvare; kalibrere parametere mot eksperimentelle data; kjøre simuleringer og tolke resultatene. Usikkerhet og følsomhet analyseres ofte, og modellens prediktive evne vurderes mot uavhengige måledata.

Metoder og verktøy inkluderer kontinuitet og feltligninger fra mekanikk og termodynamikk, samt numeriske teknikker som finite element- og finite difference-metoder, og Monte Carlo-simulering. Dataanalyse og parameterestimering brukes også for å forbedre samsvar mellom modell og observasjoner. Fysikkmodellering finner anvendelse i naturvitenskap, ingeniørfag, geovitenskap og biovitenskap, og ligger til grunn for simuleringer innen vær og klima, aerodynamikk, struktur og materialfysikk, samt molekylær og biomedisinsk dynamikk.

Modellene er alltid forenklinger og avhenger av antakelser og datakvalitet. Deres verdi ligger i å gi innsikt, forståelse og beslutningsstøtte gjennom kvantitative prediksjoner og scenariostudier.