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科学家能否预测——并控制——湍流？
罗切斯特大学加入了一个由NSF资助的新中心，通过结合实验、理论、模拟和人工智能来寻找答案。
来源:罗切斯特大学URochester加入一个新的NSF资助中心，通过结合实验、理论、模拟和AI来寻找答案。
罗切斯特大学的研究人员是一个新的3000万美元国家科学基金会资助的科学与技术中心（STC）的一部分，该中心专注于科学中最棘手的问题之一：预测——并最终控制——湍流。
由密歇根州立大学领导，STC for Transformative Explorations in Multi-Physics and Engineering of Scientific Turbulence（TEMPEST）汇集了来自八所大学的物理学家、数学家、工程师和AI研究人员。该STC于9月1日启动，获得NSF为期五年3000万美元的资助，其中超过270万美元将用于URochester的研究人员。
“使这个中心特别有前景的是围绕一个共同科学挑战所汇聚的前所未有的专业知识广度，”罗切斯特大学机械工程系副教授、激光能量学实验室（LLE）工作人员科学家Jessica Shang说。“通过将理论家、计算科学家和实验家置于持续反馈循环中，该中心可以快速测试想法，针对实验证据改进和验证模型，并追求任何单一学科或机构无法独自实现的突破。”
为什么湍流如此难以预测
湍流无处不在——在大气和海洋中、工业系统中，以及实验聚变装置内的等离子体中。理解它对于预测能量、热量和污染物如何移动以及流体和等离子体在极端条件下如何行为至关重要。
“湍流系统极难预测和探测，因为它们涉及跨越巨大空间和时间尺度的复杂物理相互作用，从聚变中的微观超快动力学到延伸数光年的天体物理流，”机械工程和数学教授、LLE高级科学家、URochester在该倡议中的首席研究员Hussein Aluie说。“通过连接基础理论、先进计算和极端条件下的实验，我们旨在发展所需的预测理解，以推进聚变和其他极端流动应用。”
URochester为TEMPEST带来什么
Aluie和Shang说，URochester带来了在湍流和跨聚变等离子体、高速流动和天体物理等离子体的多尺度流动方面的独特专业知识组合，以及在主要国家研究设施（包括LLE的Omega激光设施）进行激光驱动实验的能力。
URochester和MSU的团队将与来自贝勒大学、奥本大学、圣何塞州立大学、耶鲁大学、德克萨斯农工大学科珀斯克里斯蒂分校和佐治亚理工学院的研究人员合作，结合理论、计算、AI技术和实验，为高风险应用构建可信的现实湍流预测模型。未获资助的合作伙伴包括洛斯阿拉莫斯国家实验室、桑迪亚国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室、Pacific Fusion和General Atomics。
TEMPEST研究人员将共同测试理论计算预测与现实观测的对比，然后使用这些结果来改进预测模型。目标是让研究人员超越理解湍流行为的原因，走向可靠预测——并最终控制——其行为。
该中心将广泛提供其数据和软件，并通过博物馆展览、沉浸式媒体和教育项目与公众互动，预计每年将覆盖超过10,000名K-12学生。TEMPEST还将帮助培养一支精通AI的科研队伍，准备应对跨学科的复杂问题。