в виде вебинара на платформе Zoom (ниже приведена ссылка).Заседание семинара организовано совместно с Лекторием Совета молодых учёных Московского университета. На семинаре доклад-лекцию представит лауреат конкурса СМУ МГУ:
Варенцов Михаил Иванович [1,2,3]
Тема:
ВЛИЯНИЕ ГОРОДОВ НА ПОГОДУ И КЛИМАТ: НАБЛЮДЕНИЯ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗ
1) МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский вычислительный центр
2) Гидрометцентр России
3) Институт физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН
Научно-популярная лекция посвящена вопросам влияния городов на погоду и климат, которые привлекают все больший научный и общественный интерес на фоне глобального потепления, урбанизации и растущих запросов общества на комфортную и безопасную городскую среду. Рассматриваются современные подходы к изучению особенностей метеорологического режима городов по данным наблюдений и моделирования, а также к их учету в различных научных и технологических задачах, включая прогноз погоды и климата, градостроительное планирование, междисциплинарные исследованиях на стыке с другими естественными и социальными науками.
Все эти вопросы рассматриваются по материалам цикла работ, выполненных с участием докладчика для различных городов России, включая Московскую агломерацию, являющейся крайне удобным полигоном для подобных исследований, и ряд городов Арктической зоны РФ, до недавнего времени остававшихся terra incognita городской метеорологии. Отличительной особенностью цикла работ является широкий набор используемых методов исследования. Они включают как классические для современной метеорологии методы анализа станционных наблюдений и постановки численных экспериментов с моделями атмосферы, так и инновационные подходы, в том числе экспериментальные измерения с использованием с беспилотными летательных аппаратов, анализ краудсорсинговых данных «народного мониторинга», модели машинного обучения. Большое внимание уделяется проблемам количественного описания свойств городской среды, необходимых для интерпретации данных наблюдений и в качестве входных параметров для моделей.
Zoom конференция:
Topic: Семинар “Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи”.
Time: Feb 15, 2024 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/89946885139?pwd=RC9pMEpCak8yUTB1UnQ0dHo1YTgvZz09
Meeting ID: 899 4688 5139
Passcode: 185199
Для оформления автомобильного пропуска на территорию МГУ, обращайтесь к секретарю семинара.
Видео-записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
165-ое заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи" 26 октября (с 17:15):
Презентация доклада: https://tinyurl.com/5hxp9dby
Видео семинара: https://youtu.be/QEVRDw_V6mM
На семинаре представлен доклад:
ГОРОДСКОЙ АЭРОЗОЛЬ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА АТМОСФЕРНУЮ РАДИАЦИЮ И ТЕМПЕРАТУРУ ВОЗДУХА ПО
ДАННЫМ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ, НАЗЕМНЫХ И СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В МОСКОВСКОМ МЕГАПОЛИСЕ
Чубарова Н.Е. (1), Шувалова Ю.О. (2), Андросова Е.Е. (1,2), Кирсанов А.А. (2),
Шатунова М.В. (2), Жданова Е.Ю. (1), Полюхов А.А. (1,2), Варенцов М.И. (1,2,3),
Ривин Г.С. (1,2)
1) Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
2) Гидрометцентр России
3) Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ имени М.В. Ломоносова
Городское аэрозольное загрязнение оказывает значимое воздействие на радиационные процессы в
атмосфере и ее температурно-влажностный режим. Для его оценки в московском регионе были
использованы результаты численного моделирования различными конфигурациями системы
COSMO-Ru-ART (Consortium for Small-scale Modeling, Aerosols and Reactive Trace gases)
Гидрометцентра РФ с применением химико-транспортной модели ART и параметризации
TERRA_URB, позволяющей учесть особенности городской застройки. Численные расчеты
проведены с шагом сетки 2 км c использованием современных инвентаризационных баз данных
CAMS, ECLIPSE, с учетом их перераспределения по данным OpenStreetMap и их уточнения.
Оценено воздействие аэрозольного загрязнения на радиационные и метеорологические
характеристики атмосферы, а также на остров тепла. Оценена чувствительность радиационных и
метеорологических полей к различным сценариям городских эмиссий. Качество оценки
воспроизведения газово-аэрозольного состава у поверхности земли и в столбе атмосферы
тестировалось с использованием измерений ГПБУ «Мосэкомониторинг» и данных
международной сети AERONET в Метеорологической Обсерватории МГУ (МО МГУ). Оценки
городского аэрозольного загрязнения также проводились на основании спутниковых данных
MODIS и MISR, на основании которых выявлена пространственно-временная изменчивость
аэрозольной оптической толщины в московском регионе с 2000 по 2021 г. и ее городская
составляющая. На основе численных экспериментов с моделью COSMO показаны оценки ее
влияния на радиационные и температурные эффекты в регионе. Для выявления эффектов облачно-
аэрозольного взаимодействия анализировался период локдауна за счет COVID-19 весной 2020
года, когда выбросы загрязняющих веществ в атмосферу значительно уменьшились за счет
существенного снижения эмиссий загрязняющих веществ от автотранспорта, а также закрытия
многих предприятий. На основании спутниковых данных при близких метеорологических
условиях показано уменьшение концентрации облачных ядер конденсации в этот период на 50 см-
3. Численные эксперименты с моделью COSMO позволили оценить радиационные эффекты за
счет этого явления. Таким образом, использование комплекса данных численных экспериментов
совместно с результатами спутникового и наземного мониторинга позволило оценить величину
городского аэрозольного загрязнения и его прямые и косвенные эффекты на облачность,
радиацию и температуру воздуха в условиях Московского мегаполиса.
Глубокоуважаемые участники семинара!
Очередное, 164-ое заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
пройдет в гибридном формате сегодня, в четверг, 8 июня (с 17:15):
очно в конференц-зале НИВЦ МГУ (Ленинские Горы ул., д.1, стр.4, Москва, 3й этаж)
и виде вебинара на платформе Zoom (ниже приведена ссылка).
На семинаре будет представлен доклад:
АРГО-МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО ОКЕАНА:
СИНТЕЗ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ, СПУТНИКОВОЙ АЛЬТИМЕТРИИ И ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
К.В. Лебедев [1]
1)Институт океанологии им. П.П.Ширшова
В докладе представлена Арго-Модель Исследования Глобального Океана
(АМИГО) и результаты расчётов по моделированию крупномасштабной динамики
Мирового океана и исследованию её внутри- и межгодовой изменчивости.
Модель состоит из блока вариационной интерполяции на регулярную сетку
данных профилирования дрейфующих измерителей ARGO и блока модельной
гидродинамической адаптации вариационно проинтерполированных полей.
Разработанная методика позволяет получать по нерегулярно расположенным
данным измерений ARGO полный набор океанографических характеристик:
температуру, соленость, плотность и скорость течений. Для контроля
поведения решения, настройки параметров модели и выбора весовых
коэффициентов в процедуре вариационной интерполяции используются данные
спутниковой альтиметрии AVISO. Контроль полученных результатов
осуществляется путём сравнения модельных значений уровня с осреднёнными
за соответствующий период времени данными спутниковой альтиметрии.
Проводится сравнение расчётов АМИГО с аналогичными расчётами,
выполненными на основе альтернативных климатических массивов Левитуса
World Ocean Atlas и массивов Scripps Institute of Oceanography, которые
также были получены по данным ARGO. На основании полученных результатов
можно сделать вывод, что вариационная методика расчетов
океанографических характеристик с использованием данных ARGO позволяет
существенно повысить детализацию и реалистичность получаемых полей
температуры, солености и течений Мирового океана. Модельные расчеты
океанографических характеристик с использованием данных ARGO позволяет
существенно улучшить климатические поля температуры, солености и
течений. Используемая методика позволяет восстановить трехмерное поле
скорости как для районов, обеспеченных наблюдениями, так и в прибрежной
области, где данные Арго практически отсутствуют. В докладе также будут
представлены результаты работ по изучению на основе расчётов АМИГО
внутри- и межгодовой изменчивости отдельных районов Мирового океана и
исследования по изучению и оценке на основе численных экспериментов
вклада в межгодовую изменчивость расхода АЦТ термохалинного и ветрового
факторов.
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Jun 8, 2023 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/81666762233?pwd=bE9CUE5Ndy9PY3d1TGdXQVprWCt1UT09
Meeting ID: 816 6676 2233
Passcode: 372159
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео-записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Для оформления автомобильного пропуска на территорию МГУ для автомобилей, обращайтесь к секретарю семинара.
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Очередное, 163-ое заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
пройдет в гибридном формате в четверг, 1 июня (с 17:15):
очно в конференц-зале НИВЦ МГУ (Ленинские Горы ул., д.1, стр.4, Москва, 3й этаж)
и виде вебинара на платформе Zoom (ниже приведена ссылка).
На семинаре будет представлен доклад:
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ
А.В.Дебольский [1,2]
1)Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ имени М.В.Ломоносова
2)Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
(по материалам кандидатской диссертации)
Цель работы — исследование и улучшение интегральных и локально-одномерных моделей атмосферного пограничного слоя (АПС), использующихся в моделях прогноза погоды и климата. Для валидации использовались данные численных экспериментов вихреразрешающего моделирования(Large-Eddy Simulation, LES) в идеализированных постановках для конвективного, умеренно-устойчивого и сильно-устойчивого пограничного слоя атмосферы.
Для сухого конвективного и сдвигово-конвективного АПС рассматривались модель нулевого порядка. Эмпирические константы интегральной модели КПС, полученные по данным LES для случая свободной конвекции, хорошо согласуются с ранее опубликованными данными лабораторных и численных экспериментов. Для сдвигово-конвективного случая применена параметризация генерации ТКЭ за счет сдвига скорости в конвективном пограничном слое в терминах скорости трения и средней скорости ветра в КПС, что позволяет сформулировать интегральную модель сдвигового КПС, пригодную для практического использования.
Для устойчивой и сильно-устойчивой стратификации рассматривались модели первого порядка и двухпараметрические модели. Валидация моделей производилась в идеализированных экспериментов в постановках GABSL1 и van der Linden et. al (2019). Показано что что такой подход при задании равновесного состояния в двухпараметрических моделях, согласованного с теорией подобия Монина-Обухова позволяет точнее воспроизвести основные характеристики слабо нестационарных устойчиво-стратифицированных пограничных слоев. При этом использование замыканий первого порядка использующие такой же стационар и локальное обобщение ТПМО, незначительно ухудшает результаты моделирования.
Выбранные замыкания первого порядка были внедрены в версию климатической модели ИВМ РАН INMCM5. Это позволило уменьшить ошибку (отностительно реанализа) в приземных характеристиках при воспроизведении современного климата. Для дальнейшего улучшения параметризаций турбулентного перемешивания в АПС, на основе данных набора численных экспериментов с LES моделью производилась оптимизация констант замыкания первого порядка. Использование оптимизированной версии замыкания в климатической модели, незначительно улучшило воспроизведение приземных характеристик современного климата.
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Jun 1, 2023 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/84987273699?pwd=Vi8waWxiUFE4WnZpT1IyNXNSeFVGQT09
Meeting ID: 849 8727 3699
Passcode: 761692
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео-записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Для оформления автомобильного пропуска на территорию МГУ для автомобилей, обращайтесь к секретарю семинара.
Очередное 162-ое, заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
пройдет в гибридном формате в четверг 11 мая (с 17:15):
очно в конференц-зале НИВЦ МГУ (Ленинские Горы ул., д.1, стр.4, Москва, 3й этаж)
и виде вебинара на платформе Zoom (ниже приведена ссылка).
На семинаре будет представлен доклад:
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОДНОГО БАЛАНСА РЕЧНЫХ БАССЕЙНОВ РОССИИ
В МОДЕЛИ ДЕЯТЕЛЬНОГО СЛОЯ СУШИ ИВМ РАН – МГУ
А.И.Медведев [1]
1)Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ имени М.В.Ломоносова
(по материалам кандидатской диссертации)
Цель работы — усовершенствование модели деятельного слоя суши ИВМ РАН – МГУ для реалистичного воспроизведения структуры гидрологического цикла суши в зоне умеренного климата на территории России. Основная задача: анализ и усовершенствование модели в аспекте воспроизведения водного баланса речных бассейнов (величин испарения, речного стока и влагозапасов) и его географической структуры (сезонной и региональной пространственно-временной изменчивости) с помощью выполнения численных экспериментов. Анализировались реки севера Восточно-Европейской равнины: большие бассейны рек Северная Двина, Печора, Мезень, Онега, а также средние по площади водосборы (2–50 тыс. км2), расположенные в их границах.
В рамках подготовки численных экспериментов в работе затрагиваются следующие вопросы: 1) оценка точности осадков в реанализе ERA5 для использования в качестве атмосферного форсинга модели, 2) оценка точности спутниковых гравиметрических данных GRACE о влагозапасах в деятельном слое суши на пространственных масштабах средних водобсоров, 3) оценка сезонного испарения с поверхности средних водосборов по уравнению водного баланса с использованием данных ERA5 и GRACE, 4) обработка данных пульсационных измерений над наземными экосистемами FLUXNET для сопоставления с параметризациями модели деятельного слоя суши.
Успешные результаты моделирования получены а) для испарения - при включении в модель обновленных данных о карте земной поверхности и листовом индексе LAI, б) для речного стока и влагозапасов - при включении в модель параметризаций инфильтрации воды в мерзлую почву, ряда процессов в снежном покрове (жидкая вода в снеге, динамика снежного покрова в лесу, динамика освобождения земной поверхности от снега во время весеннего таяния), движения воды в речной сети.
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: May 11, 2023 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/81499709716?pwd=eWpXL0FhRG1pNWI3OWovQVRPTFJFZz09
Meeting ID: 814 9970 9716
Passcode: 580452
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео-записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Для оформления автомобильного пропуска на территорию МГУ для автомобилей, обращайтесь к секретарю семинара.
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Напоминаем, что очередное 161-ое, заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
пройдет в гибридном формате 27 апреля (с 17:15):
очно в конференц-зале НИВЦ МГУ (Ленинские Горы ул., д.1, стр.4, Москва, 3й этаж)
и виде вебинара на платформе Zoom (ниже приведена ссылка).
На семинаре будет представлен доклад:
МОДЕЛИРОВАНИЕ НИЖНЕГО АТМОСФЕРНОГО УЧАСТКА ГЛОБАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
С.В.Галиченко [1], С.В.Анисимов [1], А.А.Прохорчук [1], Е.В.Климанова [1], К.В. Афиногенов [1]
1) Геофизическая обсерватория «Борок» ИФЗ РАН, п. Борок
Аннотация:
Исследование электромагнитных процессов в земной коре, атмосфере и ближнем космосе составляет
геофизическую проблему формирования и функционирования глобальной электрической цепи. Электродинамика
невозмущённого грозовой активностью и осадками нижнего атмосферного участка глобальной электрической цепи
наряду с действием распределенных глобальных генераторов определяется локальными процессами в атмосферном
пограничном слое: переносом излучения, турбулентностью, динамикой аэрозольных частиц и радиоактивных
атмосферных примесей, ионизирующих атмосферу вместе с космическими лучами. В докладе представлены этапы
построения квазистационарной модели нижнего атмосферного участка глобальной электрической цепи. На основе
результатов численного моделирования выполнены статистические оценки вариабельности электрических переменных
невозмущённой нижней атмосферы средних широт. Результаты модельных расчётов по определению высотных
профилей интегральных электрических характеристик столба нижней атмосферы сравниваются с данными
аэростатных наблюдений. С помощью трёхмерной версии модели исследуются корреляционные, структурные и
спектральные зависимости короткопериодных вариаций объёмного заряда и электрического поля невозмущённой
нижней атмосферы, их анизотропия и зависимость от термического форсинга. Результаты численных экспериментов
применены к обратной задаче интерпретации результатов регистрации вариаций плотности атмосферного
электрического тока горизонтальной кольцевой пассивной антенной, действующей как токовый коллектор.
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Apr 27, 2023 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/87180446156?pwd=VVBuUDhmWkhZZTB6YWYwL2FERUV1dz09
Meeting ID: 871 8044 6156
Passcode: 197236
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Для оформления автомобильного пропуска на территорию МГУ для автомобилей, обращайтесь к секретарю семинара.
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Записи семинара публикуются на youtube-канале семинара: https://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Очередное, 160-ое, заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
пройдет в гибридном формате 30 марта (с 17:15): очно в конференц-зале НИВЦ МГУ (Ленинские Горы ул., д.1, стр.4, Москва, 3й этаж)
и виде вебинара на платформе Zoom (ниже приведена ссылка).
На семинаре будет представлен доклад:
СПУТНИКОВАЯ СВЧ РАДИОМЕТРИЯ ДЛЯ ЗАДАЧ АНАЛИЗА РЕГИОНАЛЬНОГО ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА
Д.М.Ермаков [1],[2]
1) ИКИ РАН
2) ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН
В докладе рассмотрены и проиллюстрированы конкретными практическими примерами
возможности спутниковой СВЧ радиометрии для решения задач анализа (мониторинга
параметров) регионального гидрологического цикла. Общий подход заключается в рассмотрении
компонент балансового уравнения полного влагосодержания области атмосферы над заданной
территорией. Изменение этой величины определяется двумя процессами: адвекцией
(горизонтальным переносом) воздушных масс разной влажности и вертикальным обменом
(осадкообразованием и испарением) между атмосферой и поверхностью.
Практические возможности анализа компонент этого балансового уравнения определяются
прогрессом спутниковых радиофизических методов:
1) восстановления полей интегрального влагосодержания атмосферы над сушей;
2) восстановления по последовательности спутниковых наблюдений эффективных полей
скорости адвекции водяного пара.
За счет этого становится возможным вычислять компоненту вертикального обмена влагой
интегрально по рассматриваемой территории и интервалу времени наблюдений, что
представляется для задач анализа регионального гидрологического баланса методологически
более оправданным, чем экстраполяция «мгновенных» спутниковых и/или «точечных»
контактных оценок интенсивности осадков и испарения. Развиваемую методологию предлагается
применять для анализа гидрологического режима крупных рек (в том числе, прогноза сильных
наводнений), прогноза засух и других экстремальных погодных явлений.
Предлагаемый подход проиллюстрирован в докладе примерами анализа гидрологического
баланса территорий водосборов Оби и Амура в сопоставлении с доступными данными
гидрологических постов и реанализа. Обсуждены дальнейшие пути и перспективы его развития.
Ссылка на конференцию Zoom:
Topic: Cеминар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Mar 30, 2023 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/85186210990?pwd=cHZwMXJZWDFLSm1obkpYblBkR3E0dz09
Meeting ID: 851 8621 0990
Passcode: 681133
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Для оформления автомобильного пропуска на территорию МГУ для автомобилей, обращайтесь к секретарю семинара.
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Очередное, 159-ое, заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
пройдет в гибридном формате 2 марта (с 17:15): очно в конференц-зале НИВЦ МГУ (Ленинские Горы ул., д.1, стр.4, Москва, 3й этаж)
и виде вебинара на платформе Zoom (ниже приведена ссылка).
На семинаре будет представлен доклад:
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОКЕАНА С УСВОЕНИЕМ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
ПО МЕТОДУ ОБОБЩЕННОЙ КАЛМАНОВСКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
К.П. Беляев[1], А.А. Кулешов[2], И.Н. Смирнов[3]
1)Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
2)Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
3)Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет ВМК
Доклад посвящен моделированию динамики океана с помощью известных моделей
циркуляции океана ‒ Hybrid Circulation Ocean Model (HYCOM) и Nucleus for European Modelling of
the Ocean (NEMO) с применением разработанного авторами метода усвоения данных наблюдений
‒ обобщенного фильтра Калмана (Generalized Kalman Filter (GKF)).
Представлены результаты сравнения методов усвоения данных GKF и стандартного метода
объективной ансамблевой интерполяции (EnOI), который является частным случаем метода
ансамблевой фильтрации Калмана (EnKF). Методы сравниваются по различным критериям. В
качестве наблюдаемых данных используется массив спутниковых измерений уровня океана
(альтиметрии) Archiving, Validating and Interpolating Satellite Oceanography Data (AVISO), а в
качестве базовой численной модели циркуляции океана ‒ модель Hybrid Circulation Ocean Model
(HYCOM). Показывается, что метод GKF имеет ряд преимуществ перед методом EnOI. Также
анализируются результаты численных экспериментов с усвоением данных AVISO по
рассматриваемым методам, их результаты сопоставляются с расчетом без усвоения данных
наблюдений по модели HYCOM. Результаты расчетов также сравниваются с данными наблюдений,
и делается вывод о пригодности метода GKF для прикладных расчетов по прогнозированию
состояния океана.
Также представлены результаты расчетов основных характеристик океана в Атлантике с
помощью модели циркуляции океана Nucleus for European Modelling of the Ocean (NEMO) с
усвоением данных наблюдений по методу GKF. В качестве данных наблюдений берутся как
данные спутниковых наблюдений альтиметрии AVISO, так и данные наблюдений с дрифтеров
Argo на различных горизонтах. Анализируется состояние и изменчивость уровня океана,
температуры воды и солености на различных горизонтах. Результаты расчетов с усвоением данных
наблюдений сравниваются с аналогичными расчетами по исходной модели без усвоения данных.
Ссылка на конференцию Zoom:
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Mar 2, 2023 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/85632416498?pwd=Q0lBSzRtL29WSm9OWmJGVjNGMStEQT09
Meeting ID: 856 3241 6498
Passcode: 453997
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Для оформления автомобильного пропуска на территорию МГУ для автомобилей, обращайтесь к секретарю семинара.
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 158-ое, заседание семинара.
Семинар пройдет в гибридном формате в четверг 17 ноября (с 17:15):
онлайн на платформе Zoom и очно в конференц-зале НОЦ "Суперкомпьютерные технологии" (2-й учебный корпус МГУ, Южное крыло, 2 этаж, ауд.238).
На семинаре будет представлен доклад:
ВЕТРОВАЛЫ В ЛЕСНОЙ ЗОНЕ РОССИИ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ШКВАЛАМИ И СМЕРЧАМИ: МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ, ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
Шихов Андрей Николаевич [1,2]
1) Пермский государственный национальный исследовательский университет, Географический факультет, кафедра картографии и геоинформатики
2) Институт физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН
Аннотация к докладу:
Ветровое воздействие является одним из значимых факторов нарушения лесного покрова, наряду с лесозаготовкой, пожарами, вспышками численности насекомых-вредителей леса и пр. До недавнего времени оценки площади, частоты возникновения, пространственного распределения ветровалов в лесной зоне России имели обобщенный характер. Но с появлением в открытом доступе спутниковых снимков Landsat и Sentinel-2 данные о ветровалах, полученные на основе этих снимков, стали важнейшим источником информации о случаях шквалов и смерчей, не зафиксированных наблюдательной сетью. В докладе будет представлена методика сбора и систематизации данных о ветровалах по спутниковым снимкам, а также созданные на ее основе базы данных о ветровалах в лесной зоне Европейской части России за 1986-2020 гг. и в лесной зоне России в целом (с 2001 г. по н.в.). В общей сложности они включают сведения о более чем 1400 ветровалах и вызвавших их метеорологических явлениях (шквалах, смерчах и событиях неконвективного характера). На основе полученных данных установлены некоторые интересные закономерности условий возникновения шквалов и смерчей. В частности, подтверждены существенные различия в условиях возникновения шквалов и смерчей, которые проявляются на синоптическом масштабе, в свойствах воздушных масс, а также в особенностях процессов мезомасштаба. Также будут представлены некоторые результаты численных экспериментов с региональной моделью атмосферы WRF по воспроизведению сильных шквалов и смерчей, вызвавших крупные ветровалы в лесной зоне России.
Ссылка на конференцию Zoom:
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Nov 17, 2022 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/84395075514?pwd=Y2VET0c0NXZyNWUrZ1lLSGR4ai9wdz09
Meeting ID: 843 9507 5514
Passcode: 803005
Уважаемые участиники семинара!
мы обновляем списки пропуска на проход на семинар, поэтому
ОБРАЩАЕМ ВАШЕ ВНИМАНИЕ, что если вы хотите принять участие в семинаре очно, но у Вас нет пропуска в здания МГУ то для прохода во 2-й учебный корпус Вам необходимо
внести свое полное имя и организации в гугл таблицу https://docs.google.com/spreadsheets/d/1zt69TLFhArfQ-q83BIgJkJT13INRmTx-eQZqsEqYiLY/edit?usp=sharing
не позднее 12:00 СРЕДЫ, 16 ноября. Проход будет разрешён только через южный вход Второго корпуса МГУ и только на время работы семинара.
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
157-ое, заседание семинара.
Семинар пройдет в гибридном формате в четверг 13 октября (с 17:15):
онлайн на платформе Zoom и очно в конференц-зале НОЦ "Суперкомпьютерные технологии" (2-й учебный корпус МГУ, Южное крыло, 2 этаж, ауд.238).
На семинаре будет представлен доклад:
ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ ЗАДЕРЖАННОГО ДРЕНАЖА ДЛЯ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ В МОДЕЛЯХ
ЗЕМНОЙ СИСТЕМЫ ДИНАМИКИ ЗАПАСОВ УГЛЕРОДА В БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
Александров Г.А. [1] , Елисеев А.В. [1][2]
1) Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
2) Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Аннотация к докладу:
Дальнейшее развитие моделей Земной системы предполагает возможность
воспроизведения динамики запасов углерода в болотных экосистемах. Эти экосистемы
медленно выводили углекислый газа из атмосферы в течении последних тысячелетий, и,
наряду с океаном, будут играть существенную роль в восстановлении глобального цикла
углерода после окончания антропогенных выбросов парниковых газов. Вниманию
слушателей предлагается схема для расчетов накопления запасов углерода в торфяных
болотах, разработанная для включения в модели Земной системы различной сложности.
Эта схема основана на применении модели задержанного дренажа, что позволяет учесть
неодинаковую чувствительность к изменению гидрологического режима тех торфяных
болот, которые уже достигли пределов роста, и тех, которые еще продолжают расти.
Ссылка на конференцию Zoom:
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: Oct 13, 2022 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/88187646678?pwd=UUNabmJKOW94b0JxcFFoUUdmZHl0QT09
Meeting ID: 881 8764 6678
Passcode: 393833
Уважаемые участиники семинара!
мы обновляем списки пропуска на проход на семинар, поэтому
ОБРАЩАЕМ ВАШЕ ВНИМАНИЕ, что если вы хотите принять участие в семинаре очно, но у Вас нет пропуска в здания МГУ то для прохода во 2-й учебный корпус Вам необходимо
внести свое полное имя и организации в гугл таблицу https://docs.google.com/spreadsheets/d/1zt69TLFhArfQ-q83BIgJkJT13INRmTx-eQZqsEqYiLY/edit?usp=sharing
не позднее вторника, 11 октября. Проход будет разрешён только через южный вход Второго корпуса МГУ и только на время работы семинара.
Если у Вас есть коллеги, которые хотели бы получать рассылку семинара, посоветуйте им подписаться на нее по адресу http://agora.guru.ru/display.php?conf=geophysical_seminar&page=subscription
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
156-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в гибридном формате: очно в ауд.238 2го гуманитарного корпуса (ВМК МГУ) и на платформе Zoom в четверг 22 сентября (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
ВИХРЕРАЗРЕШАЮЩЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СУБПОЛЯРНОГО КРУГОВОРОТА СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ
Вереземская П.С.
[1] Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Аннотация к докладу:
Работа посвящена усовершенствованию воспроизведения в моделях океана характеристик и физических процессов, ответственных за изменчивость Субполярного круговорота Северной Атлантики (СПК СА) и Атлантической меридиональной ячейки циркуляции. Региональная реалистичная вихреразрешающая модель СПК СА NNATL12 (Northern North Atlantic 1/12°) разработана на базе динамического ядра NEMO 4. В качестве данных бокового форсинга и инициализации использованы данные нового вихреразрешающего реанализа океана GLORYS12, продемонстрированы его преимущества относительно статистически проанализированных наборов данных, усваивающих одинаковые данные наблюдений. Условия на верхней границе взяты из высокоразрешающей реконструкции атмосферы RAS-NAAD, представленной в двух разрешениях – 77 и 14 км. Базовая конфигурация модели справляется с задачей воспроизведения СПК СА относительно неплохо, однако демонстрирует проблемы, актуальные для этого региона, согласно литературе. Три блока схем и параметризаций вводятся и тестируются: схема горизонтальной адвекции импульса, описание функции форсинга и вертикальная координата модели. Заключение об улучшении/ухудшении модельного решения делается на основе сравнения с данными наблюдений. Исследуется способность модели описывать отдельные процессы в результате проделанных тестов. Физически обоснованные нововведения улучшают воспроизведение процессов в СПК СА и рекомендуются для использования в глобальных моделях и реанализах.
Ссылка на конференцию Zoom (22 сентября с 17:15):
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Sep 22, 2022 05:00 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/84576773744?pwd=WU52T25EUVJRZ0dNRFRubUFMYWxoZz09
Meeting ID: 845 7677 3744
Passcode: 754429
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 154-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 21 апреля (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
ВОСПОМИНАНИЯ О ЧИСЛЕННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ НАД ПОВЕРХНОСТЯМИ ГОРОДСКОГО ТИПА
Глазунов А.В.[1,2] , Мортиков Е.В.[2,1], Дебольский А.В.[2,3]
[1] Институт Вычислительной Математики им. Г.И. Марчука РАН
[2] Научно-исследовательский Вычислительный Центр МГУ им. М.В. Ломоносова
[3] Институт Физики Атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Аннотация к докладу:
Представлены результаты LES-расчетов установившихся нейтрально- и устойчиво- стратифицированных турбулентных течений над поверхностями городского типа. Численные эксперименты проведены для различных конфигураций обтекаемых объектов и при разной статической устойчивости. Предложен и опробован новый алгоритм проведения расчетов с трехмерными нестационарными моделями стратифицированной турбулентности над поверхностями сложной формы, предназначенный для получения равновесного состояния с заданными значениями определяющих параметров. Выявлены особенности термического и динамического взаимодействия турбулентного течения над объектами с поверхностью в целом. Обнаружена сильная зависимость термического параметра шероховатости от стратификации. Обсуждается физический механизм, позволяющий поддерживать турбулентность над поверхностями с крупными элементами шероховатости при сильной устойчивости.
Предложена новая параметризация турбулентного масштаба длины для многослойной RANS-модели городской среды, не содержащая геометрических параметров обтекаемых объектов. Параметризация включена в локально-одномерную модель городского пограничного слоя и протестирована на данных вихреразрешающего моделирования
Кратко обсуждаются перспективы развития представленных направлений исследований в условиях импортозамещения.
Ссылка на конференцию Zoom (21 апреля с 17:15):
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: Apr 21, 2022 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/84581028236?pwd=R1N3R1FMUjRJYWt3b3dhTlVYbzlSdz09
Meeting ID: 845 8102 8236
Passcode: 144889
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 153-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 7 апреля (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВО ВНУТРЕННЕМ ВОДОЕМЕ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ МОДЕЛЕЙ ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕНОСА
Гладских Д.С.[1]
[1]Институт прикладной физики РАН
(по материалам кандидатской диссертации)
Настоящая работа посвящена созданию системы вычислительных технологий корректного описания термогидродинамических и биогеохимических процессов водоемов суши путем разработки новых математических моделей и модификации существующих.
В первой части работы приводится обзор современного состояния рассматриваемой проблемы исследования термогидродинамики и биогеохимии водоемов суши, обозначены наиболее актуальные и не решенные к настоящему времени задачи, которые и были рассмотрены автором в диссертационной работе.
Вторая часть посвящена численному исследованию эволюции вертикальной термической структуры замкнутого пресного водоема среднего размера на примере озерной части Горьковского водохранилища с применением одномерной модели LAKE. Для задания реалистичных данных сопутствующей метеорологической обстановки и, в частности, скорости ветра, без привлечения непрерывных измерений предложено три методики.
В третьей части рассматривается задача корректного описания турбулентности в стратифицированной жидкости, и предложена модифицированная модель турбулентного переноса, сконструированная на основе k-epsilon замыкания с привлечением моделей, учитывающих двустороннюю трансформацию кинетической и потенциальной энергии турбулентных пульсаций и снимающих ограничение на описание турбулентности при больших значениях градиентного числа Ричардсона.
Четвертая часть посвящена исследованию сезонности ледяного покрова крупных озер и водохранилищ Русской равнины и климатических трендов по данным спутников JASON-1,2,3, TOPEX/Poseidon и SARAL.
В пятой части представлена разработанная автором трехмерная модель генерации, переноса и стока биогеохимических примесей в водоемах суши, дополняющая модель термогидродинамики замкнутого водного объекта.
Ссылка на конференцию Zoom (7 апреля с 17:15):
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: Apr 7, 2022 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/87938243179?pwd=K3U5eWh2RjdXR2w5U3VWZTRRVUNVUT09
Meeting ID: 879 3824 3179
Passcode: 888799
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 152-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 10 февраля (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
Флуктуации плотности в турбулентной атмосфере. Теория неопределённостей.
В.П. Юшков [1]
1) Физический факультет, МГУ им. М.В. Ломоносова
Аннотация доклада:
В докладе показывается, что дальнейшее развитие теории турбулентности
может быть направлено на детальный анализ гипотез и приближений
классической теории турбулентности, оценку флуктуаций плотности,
давления, энтропии и скорости звука, мелкомасштабной бароклинности и
адиабатических движений в статистическом ансамбле лагранжевых частиц.
Теоретическим аппаратом такого подхода может стать гамильтонов формализм гильбертовых пространств, описывающий статистическое разложение флуктуаций потенциально доступной энергии турбулентности. Перемежаемость и неопределённость измерения статистических характеристик турбулентного перемешивания связываются с адиабатическими флуктуациями давления и нарушением приближения Буссинеска. Показано каким образом корреляционными масштабы этих флуктуаций могут быть связаны с флуктуациями плотности и энтропии. На основании гипотез о взаимосвязи динамических и адиабатических флуктуаций давления и о механизме выравнивания флуктуаций энтропии сделаны численные оценки интенсивности и ширины спектра адиабатического шума и установлена эмпирическая связь скорости генерации адиабатических флуктуаций с дисперсией флуктуаций скорости звука.
Проведённые расчёты также показывают, что в одноточечных измерениях в аэродинамических трубах в области диссипации основной вклад в спектр дают адиабатические флуктуации, имеющие простое больцмановское распределение частот.
Ссылка на конференцию Zoom (10 февраля с 17:15):
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи."
Time: Feb 10, 2022 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/83254292451?pwd=SzZCbUlOM2pPSm9UUDNlYjcrRCtGdz09
Meeting ID: 832 5429 2451
Passcode: 689263
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 151-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 9 декабря (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПОТОКОВ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА МЕЖДУ ВЕРХОВЫМ БОЛОТОМ И АТМОСФЕРОЙ
Мухартова Ю.В. [1,2], Тарасов Д.Л.[2], Ольчев А.В.[2], Курбатова Ю.А.[3]
[1] МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет
[2] МГУ имени М.В. Ломоносова, Географический факультет
[3] Институт Проблем Экологии и Эволюции им. А.Н. Северцова РАН
Аннотация доклада:
Болота играют значительную роль в формировании локальных и региональных погодных и климатических условий, влияя на радиационный, тепловой, водный и углеродный баланс земной поверхности. Для мониторинга потоков CО2 и описания его переноса в атмосфере используется широкий спектр экспериментальных методов и модельных подходов различной степени сложности и масштаба. В последнее время особый интерес у исследователей вызывает количественная оценка влияния горизонтальной неоднородности растительного покрова и рельефа на потоки парниковых газов в локальном и региональном масштабе. Это необходимо для более точной оценки вклада растительности в интегральные потоки париковых газов над неоднородной подстилающей поверхностью, а также для интерпретации данных измерений потоков и оценки возможных погрешностей этих измерений. В рамках данного исследования была разработана трехмерная модель переноса парниковых газов в приземном слое атмосферы между неоднородной подстилающей поверхностью и атмосферой. Модель содержит динамическую часть для компонент скорости, основанную на "полуторном" замыкании системы усредненных уравнений неразрывности и Навье-Стокса с учетом сопротивления растительности, а также "биологическую" часть, включающую в себя уравнение диффузии-адвекции для концентрации CO2, параметризацию скорости фотосинтеза, а также дыхания растительности и почвы. С помощью этой модели определена пространственная неоднородность потоков диоксида углерода для выбранного в качестве объекта исследования верхового лесного болота Старосельский мох (Тверская область) и оценена репрезентативность проводимых на болоте измерений потоков парниковых газов методом турбулентных пульсаций.
Ссылка на конференцию Zoom (9 декабря с 17:15):
Topic: Семинар: "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: Dec 9, 2021 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/82525788981?pwd=aEpIS2dOTUhyYmZSS0ZkMEh2aVlVdz09
Meeting ID: 825 2578 8981
Passcode: 526114
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 150-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 18 ноября (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
Петров С.С. [1,2], Яковлев Н.Г. [1,2]
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ МОРСКОГО ЛЬДА НА НЕСТРУКТУРИРОВАННОЙ СЕТКЕ.
[1] Институт Вычислительной Математики им. Г. И. Марчука РАН
[2] Московский центр фундаментальной и прикладной математики в ИВМ РАН.
Аннотация доклада:
В рамках доклада будут представлены этапы построения новой конечно-элементной модели
динамики морского льда высокого разрешения с вязко-пластичной реологией на
неструктурированной треугольной сетке. Сначала речь пойдет про построение триангуляции
Арктического региона со сгущением сетки в области с потенциально высокой сплоченностью
льда с помощью библиотек, разрабатываемых в ИВМ РАН. Затем будут представлены
используемые консервативные, положительные схемы переноса скаляров типа Тейлора-
Галеркина с коррекцией потоков и будет описан процесс их тестирования в рамках модельной
задачи на сфере. После этого будут обсуждаться численные методы решения полной системы
уравнений динамики морского льда как сплошной среды: общеизвестные современные
методы и некоторые нововведения, предложенные авторами. Особое внимание будет
уделено проблеме моделирования линейных кинематических особенностей (LKF) –
"разломов";, возникающих в морском льде, которые характеризуются областями с низкой
сплоченностью. Точное воспроизведение LKF необходимо для корректного воспроизведения
массо- и теплообмена океана и атмосферы.
Ссылка на конференцию Zoom (18 ноября с 17:15):
Topic: Семинар:"Математическе моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Nov 18, 2021 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/86599261910?pwd=VWxKS3kxVzVoTjFBMWIxZXl2UzFKZz09
Meeting ID: 865 9926 1910
Passcode: 053387
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 149-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 14 октября (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
Матвеев С. А. [1,2], Гасанов М. Э. [3], Пукальчик М. А. [4], Оселедец И. В. [3]
АНАЛИЗ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ДЛЯ АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОДУКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ MONICA И WOFOST
[1] МГУ имени М. В, Ломоносова, факультет ВМК
[2] Институт Вычислительной Математики им. Г. И. Марчука РАН
[3] Сколковский институт науки и технологий
[4] Университет Сириус
Аннотация доклада:
В данной работе мы рассматриваем две многомасштабных математических модели продукционной способности почвы MONICA и WOFOST с детальным описанием большого количества физических и химических процессов, происходящих в почве. В частности эти модели описывают кинетику и транспорт органического углерода и азота вдоль профиля почвы с учётом процессов теплопроводности, влагоёмкости и др.
При выборе основного показателя "результатов" моделирования в качестве урожайности сельскохозяйственных культур задачу моделирования можно рассматривать, как
вычисление результата y = f(x), где x -- входные параметры модели, y -- итоговая урожайность с/к культуры.
Первая часть работы посвящена применению метода глобальной чувствительности Соболя к рассматриваемому отображению позволило убедиться, что наиболее значимое влияние на урожайность оказывают
параметры верхнего слоя (горизонта) почвы, после чего для нескольких сельскохозяйственных культур с применением той же техники мы оценили вклад различных параметров непосредственно
верхнего почвенного горизонта. Для ускорения вычислений при анализе чувствительности мы воспользовались естественным параллелизмом, заложенным в метод Соболя, что позволило
ускорить вычисления более, чем в десятки раз с использованием 96 процессорных ядер суперкомпьютера Жорес, установленного в Сколковском институте науки и технологий.
Вторая часть работы посвящена применению алгоритма оптимизации NSGA-II для решения задачи оптимизации с двумя целями: оптимизации режима полива для снижения расхода пресной воды при одновременном
повышении урожайности сельскохозяйственных культур для конкретного хозяйства, расположенного в Подмосковье.
Ссылка на конференцию Zoom (14 октября с 17:15):
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: Oct 14, 2021 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/82847302430?pwd=SytLdXNLOG9wM2NSQW1GOUJ2czdRZz09
Meeting ID: 828 4730 2430
Passcode: 915214
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac.
Видео записи семинара доступны на нашем youtube-канале: http://www.youtube.com/channel/UCWQN2u1Zl1zbuMqLuuQpVtQ
Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
27 мая (четверг) 2021 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 148-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 27 мая (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
ОБ ЭВОЛЮЦИИ СПЕКТРОВ ВОЛН НА ВОДЕ
В.В. Геогджаев (1)
(1) Институт Океанологии им. П.П. Ширшова РАН
Волнение на воде представляет собой спектр волн различных частот,
взаимодействующих друг с другом из-за нелинейности уравнений дви-
жения. Развитие волнения определяется этим взаимодействием.
Взаимодействие между волнами может быть описано кинетическим
уравнением (уравнением Хассельманна).
Взаимодействие между волнами является резонансным. Чтобы волны
могли обмениваться энергией, они должны находиться в резонансе
по времени и по пространству. Такой резонанс возможен лишь
для четвёрок волн (квадруплетов). Пространство таких квадруплетов
может быть рассмотрено как многообразие, по которому можно проводить
интегрирование для получения полного взаимодействия. При вклад,
вносимый различными областями, сущeственно отличается.
Интеграл по квадруплетам может быть взят численно. При этом
пространство квадруплетов трёхмерно, ещё два измерения имеет волновой
спектр. Таким образом, речь идёт о пятимерном интеграле. Тем не менее,
можно построить такую сетку квадруплетов, которая даёт приемлемые
результаты при не слишком большом числе точек.
Ссылка на конференцию Zoom (27 мая с 17:15):
Topic: семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: May 27, 2021 05:15 PM Moscow
https://us02web.zoom.us/j/83743936156?pwd=eUdqWVU5UWNyYTBiQVBUL2ozRDhTQT09
Meeting ID: 837 4393 6156
Passcode: 724754
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
6 мая (четверг) 2021 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 147-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 6 мая (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
Overcast on TRAPPIST-1e: simulations of convection on rocky exoplanets.
Denis E. Sergeev (1), F. Hugo Lambert (1), Nathan J. Mayne (2), Ian A. Boutle (2,3), James Manners (3,4)
(1) Department of Mathematics, College of Engineering, Mathematics, and Physical Sciences, University of Exeter, UK
(2) Department of Astrophysics, College of Engineering, Mathematics, and Physical Sciences, University of Exeter, UK
(3) Met Office, Fitzroy Road, UK
(4) Global Systems Institute, University of Exeter, UK
We now know that exoplanets - planets orbiting stars other than the Sun - are ubiquitous and diverse. Atmospheres of these distant worlds present an opportunity to answer fundamental questions about their evolution and dynamics, and even their potential for harbouring life. Detecting an exoplanet with a habitable atmosphere is becoming more and more likely with the imminent launch of more powerful telescopes, such as the James Webb Space Telescope (2021) and the Extremely Large Telescope (2025); joined by the end of the decade by the Habitable Exoplanet Observatory or the Large UV/Optical/IR Surveyor. In order to make the best use of future observational data, it is imperative to improve our theoretical understanding of extraterrestrial atmospheres and consider all possible physical and chemical processes. It is particularly important to study terrestrial exoplanets orbiting M-dwarfs, because M-dwarf stars are the most numerous stars in our galaxy and offer a higher chance for temperate planets to be detected around them. Such exoplanets are expected to be tidally locked to their host stars and thus create a climate that is likely completely different to that of Earth.
Convection is an important driver of energy redistribution in planetary atmospheres. By forming clouds and interacting with small-scale turbulence, convection is a key part of complex feedback mechanisms in the climate system. In my work, I focus on the climate of tidally locked rocky exoplanets and its sensitivity to the representation of moist convection in a climate model. I use a versatile 3D general circulation model, the UK Met Office Unified Model, to simulate hypothetical climates of two confirmed terrestrial exoplanets (e.g. TRAPPIST-1e) and show that convection can affect the climate of the day side, and even more so, the night side. I then advance my analysis by doing high-resolution experiments with explicit convection, and find that global models have biases in cloud structure and their radiative effects. The explicit convection experiments also indicate that global models may overestimate the heat redistribution between the day side and the night side of the planet.
In my talk, I will introduce the audience to the young and exciting field of exoplanets and talk about research carried out in the Exeter Exoplanet Theory Group, before showing some recent results from a model intercomparison for TRAPPIST-1e and presenting my high-resolution simulations of convection.
Ссылка на конференцию Zoom (6 мая с 17:15):
TTopic: семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: May 6, 2021 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/87697531493?pwd=Z2N2QkorU1hRSUQ4YzF3VEZicHVTZz09
Meeting ID: 876 9753 1493
Passcode: 925431
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
8 апреля (четверг) 2021 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 146-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 8 апреля (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВОЛН ЦУНАМИ.
Носов М.А., Колесов С.В., Большакова А.В., Нурисламова Г.Н., Семенцов К.А.
кафедра физики моря и вод суши физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова
Волны цунами являются одной из наиболее опасных природных катастроф, которая может сопровождаться многочисленными человеческими жертвами и колоссальным материальным ущербом. Математическое моделирование широко используется как при решении задач оперативного и долгосрочного прогноза цунами, так и для исследования природы этого грозного природного явления.
Основное внимание в докладе будет сосредоточено на подходах к описанию волн, вызываемых сейсмическими движениями дна. Будет представлена «иерархия» моделей генерации цунами землетрясением от простейших, предполагающих, предполагающих мгновенность формирования косейсмических (остаточных) смещений абсолютно жесткого дна и перенос этих смещений на свободную поверхность несжимаемого водного слоя, до наиболее сложных, подразумевающих совместное описание поведения сжимаемого водного слоя и подлежащего упругого полупространства. Отдельно будет представлена задача о генерации волн в водном слое сейсмической волной, распространяющейся по дну океана.
Будет рассмотрена задача о распространении цунами в открытом океане и обсуждено влияние на этот процесс фазовой дисперсии гравитационных волн, эффектов вращения Земли, сжимаемости воды и упругости дна.
В заключение предполагается дать краткий обзор подходов к математическому описанию волн, возбуждаемых оползнями, метеорологическими причинами и падением метеоритов.
Ссылка на конференцию Zoom (8 апреля с 17:15):
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи"
Time: Apr 8, 2021 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/89011112464?pwd=Qm45dFpJNUxLclkyZ0hieGhrQklxQT09
Meeting ID: 890 1111 2464
Passcode: 672592
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
25 марта (четверг) 2021 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 145-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 25 марта (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
System for Integrated modeLling of Atmospheric coMposition: SILAM. Model features, capabilities and applications.
M. Sofiev
Finnish Meteorological Institute
The purpose of the current seminar is to present the Finnish atmospheric composition and emergency decision support model SILAM and to find out possible links for collaborative work of the FMI and MSU modelling teams.
Currently, SILAM (http://silam.fmi.fi) is a global-to-gamma-mesoscale chemistry transport model. At the large scales, the global SILAM applications cover the troposphere and the stratosphere accounting for the related chemical and physical transformations. Regional simulations can have spatial resolution up to one kilometre. At this resolution SILAM has been applied for detailed analysis of air quality of Finland. New urban-scale projects require the model to reach sub-km scales going to down to tens of metres with surface-resolving applications. It remains a challenge to adapt the SILAM transport modules to such type of simulations.
Practical challenges of high-resolution applications refer to (i) SILAM adaptations to run with LES-type meteorological driver, (ii) reaching a meaningful compromise between the coverage of the applications and their spatial resolution. At the current moment, computational resources of FMI allow for year(s)-long SILAM simulations with a grid up to 1000 x 1000 x 15 cells. For a 50-km city like Moscow, this means 50m spatial resolution, too coarse for resolving the urban surface.
At the seminar, I will present the SILAM model, its typical applications at regional scale and outline the current ideas of the model applications for urban-scale air quality assessment.
Ссылка на конференцию Zoom (25 февраля с 17:15):
Topic: "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи."
Time: Mar 25, 2021 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/82874238277?pwd=Rm0xOHM5dUdnK0doMVZFV0JRemFFZz09
Meeting ID: 828 7423 8277
Passcode: 006510
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
25 февраля (четверг) 2021 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 144-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 25 февраля (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКОВ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В БОЛОТНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ.
Дюкарев Е.А.
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск
Болотные экосистемы на территории Западной Сибири занимают свыше 30% площади и играют значительную роль в глобальном круговороте углерода, являясь источниками и стоками парниковых газов. Интенсивность потоков парниковых газов управляется гидрологическим и термическим режимом торфяной залежи. Современное потепление климата, увеличение повторяемости засух и снижение уровня вод вызывают иссушение торфа, повышение температуры и аэрируемости, что способствует росту эмиссии парниковых газов и приводит к смене режимов функционирования природных экосистем.
В докладе представлена модель суммарного экосистемного обмена для изучения факторов окружающей среды воздействующих на потоки парниковых газов и расчета регионального углеродного баланса болотных экосистем. Модель использует характеристики локального климата (температура и влажность воздуха, уровень болотных вод, интенсивность приходящей фотосинтетически активной радиации) и растительности (запасы и продуктивность фитомассы, листовой индекс) в качестве управляющих факторов, а параметры модели определяются по результатам натурных наблюдений потоков парниковых газов.
По результатам моделирования оценен углеродный баланс олиготрофных болотных экосистем Бакчарского болота (Томская обл.) и грядово-мочажинного комплекса болота Мухрино (ХМАО).
Выполнена оценка изменений углерод депонирующей функции болотных экосистем Западной Сибири при освоении нефтяных месторождений на территории Нефтюганского района ХМАО.
Дан прогноз нарушений углеродного баланса осушенных и естественных сосново-кустарничковых болот Томской области при потеплении климата.
Ссылка на конференцию Zoom (25 февраля с 17:15):
Topic: "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи."
Time: Feb 25, 2021 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/86416677163?pwd=aHN5TldSamJaQlpycS9XSERuUExZQT09
Meeting ID: 864 1667 7163
Passcode: 077181
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
3 декабря (четверг) 2020 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 143-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 3 декабря (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
ВЛИЯНИЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ НА МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВОДНОГО БАЛАНСА АРКТИЧЕСКИХ ВОДОСБОРОВ ВЫЗВАННЫХ ИЗМЕНЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА.
Дебольский М. В (1)
1) Geophysical Institute, University of Alaska Fairbanks
Увеличение годового стока рек Арктического бассейна за последние 50 лет в среднем в два раза больше чем увеличение годовых осадков в бассейнах этих рек. Последние пятнадцать лет в литературе предпринимаются попытки объяснить это несоответствие таянием вечной мерзлоты в силу повышения температуры воздуха в Арктическом бассейне. В данном докладе будут рассмотрены численные эксперименты выполненные при помощи водобалансовой модели WaSiM на гипотетических малых водосборах в Арктике. Постановка экспериментов позволила оценить, как увеличение проницаемости почвы (при повышении её температуры) преобразуется в увеличение стока и уменьшение эвапотранспирации. К тому же, проведены дополнительные эксперименты для оценки чувствительности водобалансовых изменений к топографии и свойствам почв водосбора (при фиксированном сценарии изменения температуры воздуха). Результаты экспериментов показывают, что увеличение стока (за счёт уменьшения эвапотранспирации) на вековых масштабах времени происходит даже при условии отсутствия дополнительной влаги (осадков, массивного льда и т. п.).
Ссылка на конференцию Zoom (3 декабря, с 17:15):
Topic: Семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи."
Time: Dec 3, 2020 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/84356613075?pwd=MWgzcGNlWXYyNXkzWlJMU3VtK0FXQT09
Meeting ID: 843 5661 3075
Passcode: 506483
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
19 ноября (четверг) 2020 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 142-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 19 ноября (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИХРЕРАЗРЕШАЮЩЕЙ МОДЕЛИ PALM ДЛЯ ГОРОДСКОГО КЛИМАТИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ВЫСОКОГО ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА БЕРГЕН).
Тобиас Вольф (1), Игорь Эзау (1), Лассе Петтерссон (1)
(1) Центр Исследования Окружающей Среды и Дистанционного Зондирования Атмосферы им. Ф. Нансена и Бьеркнес Центр Климатических Исследований, Берген, Норвегия
Докладчик: Игорь Эзау
Вихреразрешающая модель PALM использована для моделирования переноса пассивной примеси и местных циркуляций, локальных особенностей погоды с высоким пространственным разрешением. Результаты моделирования в дальнейшем применены для построения прототипа организации городского климатического обслуживания (сервиса). Моделирование пограничного слоя атмосферы охватывает всю городскую коммуну Бергена (примерно 30 км на 30 км) с разрешением 10 м. Для задания граничных для модельных расчётов используется реалистичная топография, основанная на лазерном зондировании с разрешением 1 м, полный регистр стационарных источников загрязнения и распределения типов поверхности. Для задания начальных условий были выявлены наиболее влиятельные, с точки зрения загрязнения воздуха, режимы атмосферной циркуляции с использованием длительных наблюдений в городе, на метеорологических станциях и по данным реанализа. Модельное представление полученных режимов погоды затем используется в качестве основы для организации городского климатического обслуживания (сервиса). Мы демонстрируем такой сервис на примере трёх проблем, которые были обозначены городской администрацией: (1) определение наиболее загрязнённых районов города и путей распространения загрязнений в условиях устойчивой зимней антициклональной погоды (блокинга); (2) управление источниками загрязнения воздуха при принятии решений администрацией городского порта; (3) оценка эффективности мер по уменьшению загрязнений от печей в городских домохозяйствах. Нам удалось показать, что моделирование с высоким пространственным разрешением может значительно помочь в определении более оптимальных мер по улучшению качества городского воздуха.
Ссылка на конференцию Zoom (19 ноября, с 17:15):
Topic: семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: Nov 19, 2020 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/84978269400?pwd=VWlkK2NxTzRueUlWZG5QSVZVV1lRQT09
Meeting ID: 849 7826 9400
Passcode: 177064
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
5 ноября (четверг) 2020 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара!
Продолжает свою работу научно-образовательный семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". Сайт семинара: http://agora.guru.ru/geophysical_seminar
Приглашаем вас на очередное, 141-ое, заседание. Заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom в четверг 5 ноября (с 17:15).
На семинаре будет представлен доклад:
ИССЛЕДОВАНИЕ АНОМАЛИЙ РАДИАЦИОННОГО БАЛАНСА, ВОЗНИКАЮЩИХ ВСЛЕДСТВИЕ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ЧЕРНОГО УГЛЕРОДА, С ПОМОЩЬЮ ДАННЫХ КЛИМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИВМ РАН.
Кострыкин С.В.(1,2,3), Черненков А.Ю.(4), Гинзбург В.А(2).
1)Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН
2)Институт глобального климата и экологии им. Ю.А. Израэля
3)Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН
4)Московский физико-технический институт
Исследуется изменения в радиационном балансе, возникающие вследствие выбросов черного углерода от лесных пожаров и антропогенных источников. С помощью климатической модели ИВМ РАН проведены численные эксперименты с различными источниками черного углерода, в том числе и от сибирских лесных пожаров 2019г. Исследованы аномалии радиационного баланса в атмосфере и дана их физическая интерпретация. Получены оценки радиационного форсинга от черного углерода в атмосфере, а также от загрязнения черным углеродом заснеженной поверхности.
Ссылка на конференцию Zoom (5 ноября, с 17:15):
Topic: семинар "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи".
Time: Nov 5, 2020 05:15 PM Moscow
Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/82698380621?pwd=RlJpM0MzbmtJeUlDWHZNOEg4VXd4dz09
Meeting ID: 826 9838 0621
Passcode: 993176
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Всего доброго,
секретарь семинара Дебольский Андрей
15 октября (четверг) 2020 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара! Приглашаем вас на очередное, 140-ое, заседание семинара "Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи". По причине действия режима самоизоляции, заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom. Для участия в вебинаре просим Вас занести свои данные в Google-таблицу (заносить их надо даже если вы уже делали это для предыдущих семинаров):
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1en0Dx-Ec8AR83-fFPnGVbLpgBLUsSbchH8CBAoqmiko/edit?usp=sharing
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
На семинаре будет представлен доклад:
Пережогин П.А. (1)
СТОХАСТИЧЕСКИЕ И ДЕТЕРМИНИСТИЧЕСКИЕ ПОДСЕТОЧНЫЕ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ ДЛЯ ДВУМЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МОДЕЛЯХ ЦИРКУЛЯЦИИ ОКЕАНА
(1) Институт Вычислительной Математики им. Г.И. Марчука
Доклад посвящен разработке параметризаций "подсеточной" квазидвумерной турбулентности и их тестированию в модельных задачах и в модели океана NEMO. Изучены различные режимы течения двумерной жидкости, при которых наблюдаются наибольшие отклонения статистических характеристик моделируемой турбулентности от теоретически ожидаемых вследствие наличия ошибок аппроксимации. В частности показано, что в вынужденной двумерной турбулентности, возбуждаемой стохастическим образом вблизи сеточного масштаба, плохо воспроизводится обратный каскад энергии. Для этого случая проведен априорный анализ подсеточных сил (взаимодействие между разрешаемыми и неразрешаемыми масштабами) с учетом численных аппроксимаций адвективного слагаемого. Показано, что подсеточные силы возвращают кинетическую энергию на масштабах инерционного интервала обратного каскада энергии. Были построены две параметризации ОПКЭ (обратного перераспределения кинетической энергии) в пространстве Фурье, которые воспроизводят спектр генерации энергии подсеточными силами: стохастическая параметризация (основана на авторегрессионном процессе) и модель отрицательной вязкости. Обе параметризации способны восстановить обратный каскад энергии при грубом пространственном разрешении. Параметризации ОПКЭ были имплементированы в модель океана NEMO и исследованы при вихредопускающем разрешении (1/4 градуса). Показано, что ОПКЭ параметризации способны увеличить вихревую активность, восстановить меридиональный поток тепла, меридиональную опрокидывающую циркуляцию и уменьшить ошибки в средних приповерхностных полях.
Работа выполнена в ИВМ РАН при поддержке РФФИ (19-35-90023, 18-05-60184) и Московского центра фундаментальной и прикладной математики (Минобрнауки России, соглашение 075-15-2019-1624).
Всего доброго,
секретарь семинара Дебольский Андрей
1 октября (четверг) 2020 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара! Приглашаем вас на очередное, 139-ое, заседание семинара «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи». По причине действия режима самоизоляции, заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom. Для участия в вебинаре просим Вас занести свои данные в Google-таблицу:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1XPP5t7SByjxeRSsIw3T3Lf7eka1VM1jRzkwvX8lzz-c/edit?usp=sharing
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
На семинаре будет представлен доклад:
Р.Б. Берзегова(1), В.Н. Кожевников(2), М.К. Беданоков(1)
НОВОРОССИЙСКАЯ БОРА, КАК ЯВЛЕНИЕ ОБТЕКАНИЯ ГОР
(1) ФГБОУ ВО «Майкопский государственный технологический университет»
(2) МГУ имени М.В. Ломоносова
R.B. Berzegova (1) , V.N. Kozhevnikov (2) , M.K. Bedanokov (1)
NOVOROSSIYSK BORA AS A PHENOMENON OF MOUNTAIN FLOW
(1) Maikop state technological university
(2) Lomonosov Moscow State University
Всего доброго,
секретарь семинара Дебольский Андрей
9 апреля (четверг) 2020 г., 17:15
Глубокоуважаемые участники семинара! По причине действия режима самоизоляции, заседание семинара пройдет в форме вебинара на платформе Zoom. Для участия в вебинаре просим Вас занести свои данные в Google-таблицу: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1eZ7LxBFByafu0agVF552xsUVkoVaVT0aFVhdcwLOIxA/edit?usp=sharing
Инструкции по установке и использованию платформы Zoom доступны, например, здесь: https://support.zoom.us/hc/ru/articles/201362033-Начало-работы-на-ПК-и-Mac. Для связи по всем вопросам, касающимся работы семинара, обращайтесь к ученому секретарю Андрею Владимировичу Дебольскому по адресу and.debol@srcc.msu.ru
Дмитриев Егор Владимирович(1)
(1) Институт Вычислительной Математики им. Г.И. Марчука РАН
РАСПОЗНАВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ДЛЯ УРБАНИЗИРОВАННОЙ ПРИБРЕЖНОЙ ТЕРРИТОРИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАЗЕМНЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ.
В докладе рассматривается задача автоматизации экспертной классификации локальных атмосферных метеорологических явлений, таких как морской бриз, туман и сильный ветер для индустриальных прибрежных территорий. В период 2013-2014 годов в прибрежной зоне пролива Ла-Манш (Дюнкерк, Франция) проводились регулярные инструментальные метеорологические измерения ветровых компонент, температуры, влажности, давления, параметров турбулентности и др., которые в дальнейшем были использованы для получения экспертных классификаций соответствующих атмосферных явлений. Полученные результаты позволили провести обучение и сравнение эффективности ряда алгоритмов автоматизированной классификации, таких как метод k-ближайших соседей, метод опорных векторов, квадратичный дискриминантный анализ и метод Парзеновского окна. Анализ показал, что методы k-ближайших соседей и квадратичный дискриминантный анализ имеют наилучшую точность классификации (до 80% метеоявлений классифицируются верно). При этом последний упомянутый классификатор имеет лучшую вычислительную эффективность, слабо чувствителен к дисбалансу обучающих данных и менее подвержен проблеме "проклятия размерности". Для каждого алгоритма были выделены атмосферные параметры наиболее информативные для распознавания рассматриваемых метеоявлений. Полученные результаты показали, что обучаемые алгоритмы классификации способствуют автоматизации обработки и анализа локальных метеорологических данных.
CLASSIFICATION OF LOCAL METEOROLOGICAL EVENTS IN THE URBANIZED COASTAL AREA FROM GROUND-BASED INSTRUMENTAL MEASUREMENTS.
The problem is considered of atmospheric meteorological events’ classification such as sea breezes, fogs and high winds, in coastal areas. In-situ wind, temperature, humidity, pressure, turbulence etc. meteorological measurements are used as predictors. Local atmospheric events of 2013–2014 were analyzed and classified manually using data of the measurement campaign in the coastal area of the English Channel in Dunkirk (France). The results of that categorization allowed the training of a few supervised classification algorithms using the data of an ultrasonic anemometer as predictors. The comparison was carried out of the k-nearest neighbors classifier, support vector machine, and two Bayesian classifiers – quadratic discriminant analysis and Parzen-Rozenblatt window. The analysis showed that k-nearest neighbors and quadratic discriminant analysis classifiers reveal the best classification accuracy (up to 80% correctly classified meteorological events). At that, the latter classifier has higher calculation speed and is less sensitive to unbalanced data and the overtraining problem. The most informative atmospheric parameters for events recognition were revealed for each algorithm. The results obtained showed that supervised classification algorithms contribute to automation of processing and analyzing of local meteorological measurements.
10 марта (вторник) 2020г., 17:15
Аксенов Евгений(1), Мария Лунева(1), Стефани Риндерс(1), Эндрю С. Ковард(1), Владимир
Иванов(2,3), А. Джордж Г. Нурсер(1), Екатерина Попова(1), Эндрю Юл (1)
1) Национальный океанографический центр, Великобритания
2) Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, Федеральный центр, Санкт-Петербург, Российская Федерация
3) Московский Государственный Университет, Москва, Российская Федерация
СОВМЕСТНОЕ СИСТЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МОРСКОГО ЛЬДА И ОКЕАНА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ КЛИМАТА АРКТИКИ И НАУЧНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ.
Изменения в окружающей среде Арктики стали центральной темой в климатических новостях и дискуссиях. Последние десятилетия летних наблюдений за морским льдом позволяют предположить, что арктический морской лед находится в состоянии долгосрочного изменения, а к 2030-м годам ожидается отсутствие льда лета (доклады Межправительственной группы экспертов по изменению климата, IPCC). Помимо этого, изменениях присутствуют в океане, атмосфере, на суше и в экосистемах. Уменьшение толщины Арктического морского ледяного покрова и появление более открытых акваторий летом приводят к изменениям динамики поверхностного океана и тепловых потоков, а также генерации поверхностных волн.
Мы представляем обзор и основные результаты моделирования, выполненного в Национальном океанографическом центре Великобритании (NOC). Основное внимание в разработке уделяется моделированию системы морского льда и океана с высоким разрешением, основанной на Европейской океанской модели NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean). Глобальная модель включает недавно разработанную модель морского льда в рамках Интегрированной Инициативы по моделированию морского льда (SI3), которая использует современные достижений в области физики и механики морского льда. Модель морского льда CICE (Los Alamos National Laboratory, USA) также подключена к модели NEMO. Другие компоненты NEMO моделируют взаимодействия волн со льдом и океаном в системе WaveWatch-III-CICE-NEMO, в сочетании с новой реологией гранулированного льда, что позволяет нам моделировать поведение раздробленного льда в прикромочных зонах (Marginal Ice Zones - MIZ) и его влияние на верхние слои океана.
Мы применили моделирование с высоким разрешением для моделировании климата в будущем, создавая уникальную возможность для исследования воздействия климатических изменений. Модельные климатические проекции с высоким разрешением продемонстрировали взаимосвязи системы морской лед - океан с антропогенными воздействиями, ведущими к крупно-масштабным изменениям в режиме в океана к концу этого столетия. Основной эффект - это изменение притоков из Атлантики и Тихого Океана, с последствиями для Арктических экосистем и глобального углеродного цикла. Разработка новых моделей важна для улучшения климатических проекций и прогнозирования. Мы признательны за финансовую поддержку со стороны Совета по исследованиям окружающей среды Великобритании (NERC) и Департамента бизнеса, энергетики и промышленной стратегии (BEIS) в рамках Программы стипендий Великобритании и России, и со стороны проекта APEAR (NE/R012865/1), совместно финансируемого NERC UKRI и Федеральным министерством образования и науки Германии (BMBF) и за финансирование в рамках программы ACSIS NERC (NE/N018044/1).
27 февраля 2020г., 17:15
Шапошников Д.С.(1,2), Родин А.В.(1,2), Медведев А.С.(3)
1) Московский физико-технический институт (НИУ), Москва, Россия
2) Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
3) Институт исследований Солнечной системы им. Макса Планка, Гёттинген, Германия
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА МАРСА
Гидрологический цикл играет значительную роль в климате Марса. Водяной пар может быть очень чувствительным индикатором процессов переноса, что особенно важно для трехмерных климатических моделей.
В данной работе представлен новый гидрологический блок модели общей циркуляции атмосферы Марса, разработанной в Московском физико-техническом институте совместно с Институтом исследований Солнечной системы им. Макса Планка (MPI-MGCM). Модель имеет спектральное динамическое ядро и успешно предсказывает скорости ветра и температуры благодаря использованию физических параметризаций, характерных как для земных, так и для марсианских моделей. Гидрологический блок включает двух-моментную микрофизику, адвекцию, диффузию, седиментацию пассивных примесей в зависимости от среднего радиуса частиц, схему взаимодействия с поверхностью и фотодиссоциацию водяного пара.
Модель успешно воспроизводит как сезонное распределение водяного пара и льда, так и географическое по широтам и долготам, что подтверждается сравнением с экспериментальными данными SPICAM (ИК спектрометр Mars Express), TES (Mars Global Surveyor) и CRISM (Mars Reconnaissance Orbiter). Кроме того, для отдельно взятых орбит хорошо воспроизводятся вертикальные профили концентрации водяного пара, ледяных частиц и эффективных радиусов частиц водяного льда.
Моделирование с использование расширенной (до высоты 160 км) версии модели позволяет успешно продемонстрировать процесс переноса водяного пара из нижней атмосферы в верхнюю и определить ведущую роль распределения пыли в этом переносе.
NUMERICAL MODELING OF THE HYDROLOGICAL CYCLE OF MARS
The hydrological cycle plays a significant role in the Martian climate. Water vapor can be a very sensitive indicator of transport processes, which is especially important for three-dimensional climate models.
This study presents a new hydrological block of the general circulation model of the Martian atmosphere, developed at the Moscow Institute of Physics and Technology in collaboration with the Max Planck Institute of Solar System Research (MPI-MGCM). The model has a spectral dynamic core and successfully predicts wind speeds and temperatures due to the use of physical parameterizations characterized for both terrestrial and Martian models. The hydrological scheme includes two-moment microphysics, advection, diffusion, sedimentation of passive impurities depending on the average particle radius, a scheme of interaction with the surface, and photodissociation of water vapor.
The model successfully reproduces both the seasonal distribution of water vapor and ice, as well as the spatial distribution by latitudes and longitudes, which is confirmed by comparison with experimental data from SPICAM (IR spectrometer Mars Express), TES (Mars Global Surveyor) and CRISM (Mars Reconnaissance Orbiter). In addition, for individual orbits, the vertical profiles of the concentration of water vapor, ice particles and effective radii of water ice particles are well reproduced.
The simulations using an extended (up to 160 km) version of the model allow us to successfully demonstrate the process of water vapor transfer from the lower atmosphere to the upper one and to claim the leading role of dust distribution in this transport.
7 ноября 2019 г., 17:15
Е.В. Мортиков (1,2) , А.В. Дебольский (1,3) , Е.В. Каданцев (4) , А.В. Глазунов (2,1) , В.Н.Лыкосов (2,1) , С.С. Зилитинкевич (4)
1) Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ
2) Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН
3) Институт физики атмосферы РАН
4) Университет Хельсинки
ПАРАМЕТРИЗАЦИИ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПРОЦЕССОВ В МОДЕЛЯХ ПРОГНОЗА ПОГОДЫ И КЛИМАТА
В докладе обсуждаются замыкания турбулентных процессов, используемых в
современных моделях прогноза погоды и климата. Показано, что основные ошибки в воспроизведении устойчиво-стратифицированных пограничных слоев связаны с определением турбулентных масштабов длины и времени или cкорости диссипации кинетической энергии турбулентности. Предложено релаксационное уравнение относительно волнового числа для полуэмпирических замыканий геофизической турбулентности. Численные эксперименты показывают, что такой подход при задании равновесного состояния согласованного с теорией подобия Монина-Обухова позволяет
воспроизвести основные характеристики слабо-нестационарных устойчиво-
стратифицированных пограничных слоев. Допускается возможность уточнения замыкания за счет задания равновесных состояний и релаксационных соотношений по данным прямого и вихреразрешающего моделирования. Традиционное феноменологическое уравнение для скорости диссипации кинетической энергии турбулентности можно рассматривать как аппроксимацию предложенного релаксационного уравнения для устойчиво-стратифицированных течений, находящихся в состоянии квази-равновесия.
Такая связь позволяет соотнести выбор эмпирических констант в уравнении для скорости диссипации с заданием равновесного состояния и релаксационного временного масштаба.
В докладе будет представлена вычислительная технология, разрабатываемая
сотрудниками НИВЦ МГУ, ИВМ РАН, ИФА РАН и Университета Хельсинки, ориентированная на проверку существующих и разработку новых замыканий турбулентных процессов. Технология включает реализацию замыканий, используемых в распространенных моделях атмосферы и океана; дополняется данными измерений, прямого и вихреразрешающего моделирования для их верификации; обеспечивает возможность расширения набора турбулентных замыканий и баз данных для сравнения как разработчиками технологии, так и ее пользователями. Предлагаемая технология
позволит упростить постановку и решение исследовательских задач о динамике
пограничных слоев, ускорить разработку новых моделей и может быть востребована сообществом разработчиков глобальных океанских и атмосферных моделей для независимой проверки процедур турбулентного переноса.
3 октября 2019 г., 17:15
А. В. Кислов(1), А. Ф. Глазовский(2)
1)Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, географический факультет, Москва, Россия
2)Институт географии РАН, Москва, Россия
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРИЛИВНОГО ЛЕДНИКА ХАНСА (ШПИЦБЕРГЕН) НА ОСНОВЕ СТОХАСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
Развита теория, позволяющая оценивать особенности динамики ледника, погруженного в море. В ее основе лежит общая идея неравновесной статистической физики о том, что инерционные системы, управляемые быстро флуктуирующими воздействиями, способны находиться в стационарном состоянии, которое создается балансом медленных изменений и статистических характеристик накопленных случайных воздействий. Количественные результаты дает математический аппарат броуновского движения, основанный в данной работе на интерпретации закона сохранения массы ледника (выраженного так называемой «минимальной моделью») в форме стохастического уравнения Ланжевена и, затем, в виде уравнения Фоккера – Планка. Получена формула, выражающая дисперсию колебаний длины ледника σ_L в зависимости от его параметров.
Возможность расчета σ_L даже в отсутствии длительного мониторинга ледника, представляется важной в плане определения статистической значимости его трендов, связанных с длительными изменениями в условиях глобального потепления.
Тот факт, что теоретическая модель ледника в стационарном состоянии оказалась способна воспроизвести σ_L близко к стандартному отклонению наблюдаемых межгодовых флуктуаций фронта ледника Ханса, отступающего на протяжении опследних десятилетий, говорит о том, что два процесса – тренд (длительные изменения) и межгодовые флуктуации можно рассматривать как аддитивные процессы, накладывающиеся друг на друга без эффектов взаимодействия.
23 мая 2019 г., 17:15
К.В.Барсков (1,2)
1. Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН
2. Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Научно-исследовательский
вычислительный центр
СТРУКТУРА АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НАД НЕОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
Доклад посвящен экспериментальному исследованию атмосферного пограничного слоя над поверхностями, обладающими неоднородным горизонтальным распределением аэродинамической и температурной шероховатости. Над такими ландшафтами не выполняется условие однородности и стационарности, поэтому применимость теории подобия Монина-Обухова для расчета характеристик турбулентного обмена, вообще говоря, нарушается. В работе рассмотрены особенности структуры и динамики атмосферного пограничного слоя над ландшафтами с крупными элементами неоднородности на примере небольших озер, окруженных лесом различной сомкнутости. Для анализа используются данные специализированных натурных экспериментов. Показано отсутствие слоя постоянных потоков в приземном слое атмосферы над неоднородным ландшафтом. Поток импульса возрастает по модулю с высотой практически линейно, и его модуль близок к нулю на поверхности, так что основной вклад в обмен импульсом с атмосферой вносит не сама поверхность озера, а кромка леса на границе лес-озеро. Выявлено два механизма формирования потока явного тепла между лесным озером (поляной) и атмосферой. Рассматривается вклад адвекции теплого (или холодного) воздуха в пограничном слое, а также влияние отрыва турублентного потока на границе леса. Предполагается, что восходящие и нисходящие движения воздуха в когерентных структурах, образующихся на кромке леса, могут вносить основной вклад в общий поток явного тепла. Также показано, что члены уравнения баланса турбулентной кинетической энергии (ТКЭ), связанные с горизонтальной неоднородностью, в зависимости от направления степени турбулизированности потока могут достигать значений, сопоставимых с членами, отвечающими за основной вклад в перенос турбулентной кинетической энергии над однородными поверхностями. Сравниваются значения потоков явного и скрытого тепла, полученных методом теплового баланса и методом турбулентных пульсаций. Показано, что данные, полученные этими двумя методами, могут давать близкие результаты и в неоднородном ландшафте.
Проведен анализ микрометеорологических измерений в пограничном слое атмосферы над холмистой поверхностью, покрытой лесной растительностью. Измерения проводились на метеорологической мачте на нескольких уровнях от верхней границы леса до высоты, приблизительно в семь раз превышающей высоту деревьев. Предложен и вычислен полуэмпирический масштаб длины, зависящий от особенностей местной топографии и типа подстилающей поверхности в районе измерений. Показано, что использование этого масштаба позволяет ввести коррекцию универсальных функций теории подобия Монина-Обухова для устойчивого атмосферного пограничного слоя над сложными поверхностями без их существенной модификации по сравнению с универсальными функциями над однородным ландшафтом с малыми элементами шероховатости. Предложенный подход может быть использован для уточнения методов определения турбулентных потоков импульса по данным профильных измерений над топографически сложными или пространственно-неоднородными ландшафтами.
25 апреля 2019 г., 17:15
С.Ю.Паскарь
Камчатский государственный университет имени В.Беринга
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АНОМАЛЬНОЙ ДИФФУЗИИ НЕСТАБИЛЬНОГО ГАЗА В КОНДЕНСИРОВАННОЙ СРЕДЕ, С УЧЁТОМ ВВЕДЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА
В исследовании получено нестационарное уравнение для эволюции концентрации нестабильного (радиоактивного) газа, находящегося в сложной конденсированной среде (геологическая среда) с учётом поля силы тяжести. Вывод основной формулы основан на классических законах диффузии(Фика, Фоккера – Планка, Ланжевена), описывающие процесс нормального
блуждания частиц, дополняя их моделями нелинейной аномальной
диффузии.
Особенностью (новизной) данной математической модели является совместное введение параметра нестабильности частиц, комплексного энергетического параметра (характеристика супердиффузии) и стохастического шума среды.
Методом Фурье получено решение, выражающее изменение концентрации молекул газа во времени и пространстве. Произведён численный эксперимент, получены расчётные кривые. На результате хорошо виден участок с ярко выраженной флуктуацией концентрации, ярко демонстрирующий супердиффузию и дальнейшее развитие процесса во времени в виде релаксации. Замечены интересные физические свойства аномальной диффузии, ранее не описанные в литературе.
Для апробации модели использованы экспериментальные данные лаборатории. Полученные модельные и экспериментальные кривые показаны в сравнении.
Математическая модель позволяет выявить интересные свойства аномальной диффузии. После дальнейшего апробирования на опытных данных и соответственно некоторых доработок может применяться в различных прикладных целях (предсказывание сильных землетрясений, поиска месторождений полезных ископаемых, использование для оптимизации работы специальных технических устройств и др.).
28 марта 2019 г., 17:15
Глазунов А.В.(1,2), Нечепуренко Ю.М.(1), Засько Г.В.(3), Мортиков Е.В.(2,1)
1. Институт вычислительной математики им. Г.И.Марчука РАН
2. Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ имени М.В.Ломоносова
3. Московский физико-технический институт
ОРГАНИЗОВАННЫЕ СТРУКТУРЫ В УСТОЙЧИВО-СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ СДВИГОВЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЯХ. ПРЯМОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОБЪЯСНЕНИЕ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ.
Проанализированы данные численного моделирования устойчиво-стратифицированных турбулентных течений при различных значениях числа Ричардсона. Для расчетов применены две различные технологии: прямое численное моделирование (DNS) и моделирование методом крупных вихрей (LES). Показано, что, независимо от метода расчета, наряду с хаотической турбулентностью, течения содержат крупные организованные структуры. В поле температуры эти структуры проявляются как наклонные слои жидкости со слабо-устойчивой стратификацией, разделенные очень тонкими слоями с большими градиентами температуры. Существование подобных структур в природе косвенно подтверждается анализом данных натурных измерений. Обсуждается возможный механизм воздействия организованных структур на турбулентность.
На примере устойчиво-стратифицированного турбулентного течения Куэтта показано, что пространственную конфигурацию и характерные масштабы наблюдаемых организованных структур можно связать с оптимальными возмущениями, возникающими на фоне мелкомасштабной турбулентности.
28 февраля 2019 г., 17:15
В.Г.Полников
Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН
МОДЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ, ВЫЗВАННОГО ВЕТРОВЫМИ ВОЛНАМИ
Задача работы заключается в получении формул для коэффициента вертикального перемешивания, вызванного ветровыми волнами. Для этого, в уравнениях Навье-Стокса скорость течения разлагается на четыре составляющих: средний поток, волновое орбитальное движение, турбулентные флуктуации течения, индуцированные волнами, и фоновые турбулентные флуктуации. При определенных статистических предположениях такое разложение позволяет в уравнениях Рейнольдса выделить волновое напряжение R_w как дополнение к фоновому напряжению R_b. Для замыкания R_w используется приближение Прандтля для фоновых турбулентных флуктуаций, приводящее к неявному выражению для индуцированной волнами функции вертикального перемешивания B_v. Конечное выражение для B_v определяется с привлечением результатов автора для турбулентной вязкости в зоне волнения, найденного ранее в рамках трехслойной концепции для интерфейса воздух-вода. Явное выражение для функции B_v(a, u_*, z) является линейным по амплитуде волны a(z) на глубине z и скорости трения u_* в воздухе. Поскольку амплитуда волны экспоненциально убывает с глубиной, a(z) ~ exp(kz), найденный результат для B_v(a) означает возможность усиления воздействия волн на вертикальное перемешивание по сравнению полученной ранее в работе Цяо и др. кубической зависимостью B_v(a).
1 ноября 2018 г., 17:15
С.Н.Кивалов
Atmospheric Sciences Research Center, University at Albany, USA
ДИНАМИКА ПОТОКОВ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И ВОДЫ МЕЖДУ ЛЕСОМ И АТМОСФЕРОЙ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ СОЛНЕЧНОМ ИЗЛУЧЕНИИ
В докладе рассматриваются результаты исследований потоков углекислого газа и воды между лесом и атмосферой в изменчивых условиях окружающей среды с использованием динамического ковариационного метода. Использованы данные параметров окружающей среды (скорость ветра, температура, концентрации углекислого газа и водяного пара) собранные с башенных измерительных систем осуществляющих наблюдения двух экосистем относящихся к различным климатическим зонам: умеренный лес Харвар, Массачусетс, США (30 м башня) и тропический Национальный лес Тапажос, Пара, Бразилия (64 м башня). Применение ковариационного метода к ансамблям событий, связанным с изменениями солнечного излучения, индуцированным проходящими над лесом кучевыми облаками позволило исследовать динамику потоков. Удалось с высокой степенью точности (5% стандартная ошибка) определить параметры изменений потоков в зависимости от уровня солнечного излучения и от времени после появления и ухода теней. Выделены кратковременные (до 20 минут после переходов тень-свет и свет-тень) характеристики реагирования экосистем на изменчивое солнечное излучение и предложен динамический механизм лежащий под наблюдаемыми увеличениями поглощения углекислого газа и эффективности использования воды в периоды с кучевой облачности по сравнению с периодами чистого безоблачного неба.
18 октября 2018 г., 17:15
И.А.Репина
1. Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
2. Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ имени М.В. Ломоносова
СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ (ПО МАТЕРИАЛАМ СИМПОЗИУМА BOUNDARY LAYERS AND TURBULENCE/AIR-SEA INTERACTION, ОКЛАХОМА, 11-15 ИЮНЯ 2018 ГОДА)
В докладе представлен обзор основных тем, затронутых на 23 симпозиуме Boundary Layers and Turbulence. Симпозиум проводится раз в два года под эгидой Американского метеорологического общества и собирает ведущих мировых специалистов в области исследований и моделирования процессов в пограничном слое атмосферы и изучения атмосферной турбулентности. В этом году он был совмещен с другим аналогичным симпозиумом ‑ Air-Sea Interaction. Поэтому большое количество докладов было посвящено процессам в приводном слое атмосферы и верхнем слое океана и на границе их раздела.
По материалам докладов будут представлены основные направления исследований пограничного, приводного и приземного слоев атмосферы, процессов взаимодействия атмосферы и океана, дан обзор наиболее масштабных комплексных экспериментов. Особое внимание будет уделено турбулентным процессам над неоднородной поверхностью, включая городской рельеф, взаимодействию атмосферы и океана в штормовых условиях, атмосферной динамике при сильно устойчивой и неустойчивой стратификациях атмосферы. Будут рассмотрены границы применимости теории подобия Монина-Обухова в нестационарных условиях.
20 сентября 2018 г., 17:15
Чечин Д.Г.(1), Махотина И.А., Люпкес К., Макштас А.П.
1. Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
ВЫХОЛАЖИВАНИЕ АТМОСФЕРНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НАДО ЛЬДОМ ПРИ ЯСНОМ НЕБЕ ВО ВРЕМЯ ПОЛЯРНОЙ НОЧИ В АРКТИКЕ
В работе представлена простая аналитическая модель атмосферного пограничного слоя (АПС) и морского льда, описывающая выхолаживание при ясном небе во время полярной ночи. Аналитические решения демонстрируют, что скорость ветра и наличие разводий сильно влияют на термический режим надо льдом. Наличие разводий выражается в повышении температуры воздуха в АПС и усилении устойчивой стратификации над морским льдом. Модель также описывает резкий переход от слабо устойчивого состояния пограничного слоя к сильно устойчивому при ослаблении ветра. Пороговое значение скорости ветра, при которой происходит смена режима, находится в пределах 2-5 мс-1 и зависит от концентрации льда. Сильно устойчивый режим характеризуется большой разностью температуры между воздухом и поверхностью льда (так называемый «декаплинг»), причем наличие разводий приводит к ее увеличению. В слабо устойчивом режиме температура воздуха и температура поверхности линейно растут со скоростью ветра. Это связано как с ростом турбулентного потока тепла над разводьями, так и с ростом характерного времени выхолаживания АПС при росте скорости ветра. Характерное время выхолаживания немонотонно зависит от скорости ветра, будучи наименьшим при пороговых значениях скорости ветра. Это приводит к тому, что минимальные температуры воздуха наблюдаются не при отсутствии ветра, а при малых скоростях ветра порядка 2-5 мс-1. Получено хорошее согласие аналитических решений с результатами численной одномерной модели атмосферы, сопряженной с моделью морского льда, а также с наблюдениями на трех дрейфующих станциях «Северный Полюс» (СП-35, 37 и 39) и на дрейфующей станции SHEBA. Кроме того, как по результатам моделирования, так и по данным наблюдений продемонстрирована сильная зависимость от скорости ветра длинноволнового баланса на поверхности морского льда. Результаты работы демонстрируют, что как скорость ветра, так и наличие разводий должны учитываться как важные факторы при анализе изменчивости приземной температуры воздуха в Арктике.
19 апреля 2018 г., 17:15
И.Ю.Владимиров, Н.Н.Корчагин, А.С.Савин
ЭФФЕКТЫ ВОЛНОВОЙ РЕАКЦИИ ПРИ ЦИРКУЛЯЦИОННОМ ОБТЕКАНИИ ПОДВОДНОГО ПРЕПЯТСТВИЯ ДВУХСЛОЙНЫМ ПОТОКОМ КОНЕЧНОЙ ГЛУБИНЫ
В модельном варианте исследуется структура поверхностных возмущений, возникающих при обтекании подводных препятствий стратифицированным потоком двухслойной идеальной жидкости конечной глубины. В качестве препятствия рассматривается цилиндр, моделируемый точечным диполем, локализованным в окрестности слоя скачка плотности (как над ним, так и под ним). Показано, что скачок плотности может экранировать распространение возмущений от обтекаемого препятствия к поверхности воды.
Вблизи дна воздействия волн на препятствия могут усиливаться придонными взвесенесущими (мутьевыми) потоками, возникающими при перемешивании в них микро- и мелкозернистых частиц донного грунта. При этом эффективная плотность воды в них может существенно превышать плотность окружающих вод, что приводит к резкому увеличению перепада плотности на границе потока, а значит к усилению стратификации вод и волновых воздействий на подводные препятствия.
В общем случае обтекание препятствия может происходить с некоторой циркуляцией, которая вносит дополнительный вклад в гидродинамические реакции на обтекаемые потоком препятствия. При этом циркуляция в модели обеспечивается совмещенным с диполем точечным вихрем.
Рассматриваемая модель позволяет выявить интересные "побочные" эффекты при циркуляционном обтекании препятствия не только в морской среде, но и атмосфере. В частности, подобные эффекты отвечают на вопросы :
1. По какой причине происходит относительно резкое (и опасное!) погружение движущихся в морской среде подводных объектов
2. Так почему же "падают" самолеты ?
5 апреля 2018 г., 17:15
Головизнин В.М.(1), Залесный В.Б.(2), Соловьев А.В.(3)
(1) МГУ имени М.В.Ломоносова
(2) ИВМ РАН имени Г.И.Марчука
(3) ИБРАЭ РАН
СХЕМА КАБАРЕ ДЛЯ УРАВНЕНИЙ МЕЛКОЙ ВОДЫ НА СФЕРЕ
Доклад посвящен опыту использования схемы КАБАРЕ для решения уравнений мелкой воды на вращающейся сфере с учетом рельефа на геодезических расчетных сетках.
22 марта 2018 г., 17:15
Д.М.Ермаков
(Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН)
СПУТНИКОВОЕ РАДИОТЕПЛОВИДЕНИЕ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ АТМОСФЕРНОЙ АДВЕКЦИИ СКРЫТОГО ТЕПЛА: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Адвекция скрытого тепла является одним из важнейших факторов энергетического обмена в глобальной системе океан-атмосфера. С другой стороны, она является и важнейшим регистрируемым со спутников индикатором динамических и энергетических характеристик мезомасштабных и синоптических атмосферных процессов. Подход спутникового радиотепловидения позволяет восстанавливать динамику этих процессов в терминах поля эффективной (интегральной по высоте) скорости адвекции водяного пара. В совокупности с синхронными полями интегрального влагосодержания атмосферы, также восстанавливаемыми на основе данных спутникового радиотеплового мониторинга, это обеспечивает расчет мощности адвективных потоков скрытого тепла через произвольно заданные границы.
В докладе рассмотрены результаты применения подхода спутникового радиотепловидения к анализу характеристик глобальной атмосферной циркуляции на основе массивов долговременных спутниковых наблюдений в сопоставлении с известными теоретическими и модельными представлениями. Помимо ряда крупномасштабных параметров, значительное внимание уделено тонкой "нитевидной" структуре переноса скрытого тепла: атмосферным рекам, специфическим явлениям, выделяемым в особый класс атмосферных процессов с конца прошлого века, а также тропическим циклонам. Затронуты некоторые аспекты долгопериодичной, климатически значимой изменчивости структуры атмосферной циркуляции, в частности, возможные проявления тенденции так называемого "расширения тропиков".
15 февраля 2018 г., 17:15
Р.Ю.Фадеев
(Институт вычислительной математики РАН, Гидрометцентр России)
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛИ АТМОСФЕРЫ ПЛАВ ДЛЯ БЕСШОВНОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ
В докладе обсуждаются особенности реализации модели ПЛАВ для бесшовного прогноза состояния атмосферы на срок от одного дня до нескольких лет. Для создания такой модели были выполнены работы по настройке существующих и внедрению новых параметризаций процессов подсеточного масштаба, реализована система диагностики. Программный код модели был доработан с целью применения в рамках совместной модели атмосферы, Мирового океана и морского льда.
Результаты численных расчетов, выполненных с помощью бесшовной версии модели ПЛАВ, демонстрируют качественное и количественное соответствие данным реанализа ERA-Interim в среднегодовых полях потоков тепла на поверхности Земли. Интегральные значения потоков тепла на поверхности Земли и на верхней границе расчетной области (уходящие в космос) близки к рекомендованным IPCC значениям.
7 декабря 2017 г., 17:15
П.С.Вереземская(1,2), М.А.Криницкий(2), В.М.Степаненко(1), Н.Д.Тилинина(2), С.К.Гулев(2)
(1 - МГУ имени М.В.Ломоносова, 2 - Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН)
МЕЗОМАСШТАБНЫЕ ЦИКЛОНЫ В ЮЖНОМ ОКЕАНЕ: ВИЗУАЛЬНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ, ПОСТРОЕНИЕ ТРАЕКТОРИЙ И ДЕТЕКТИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕРТОЧНЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Полярные мезоциклоны – это интенсивные короткоживущие (от 6 до 36 часов) атмосферные вихри диаметром от 100 до 800 км, формирующиеся над поверхностью океана в субполярных и полярных областях. В этих регионах даже незначительные изменения атмосферных характеристик и турбулентных потоков на поверхности могут существенно влиять на характеристики поверхностных вод, изменяя их плотность, и, как следствие, скорость и интенсивность конвективных процессов в океане.
Современные реанализы и климатические модели не способны надежно воспроизводить динамику мезоциклонов ввиду грубого пространственного разрешения, а также вследствие использования упрощённого описания вертикальных движений в атмосфере. Поэтому оценки, полученные с использованием автоматического построения траекторий мезоциклонов по данным реанализов, сильно разнятся между собой, а оценки, полученные по данным спутниковых наблюдений, представлены регионально или для коротких промежутков времени. Как следствие, наши знания о свойствах мезомасштабных циклонов, особенно в Южном полушарии, строятся на очень ограниченной выборке, что существенно сдерживает прогресс в понимании механизмов влияния мезомасштабной атмосферной динамики на тепломассобмен океана и атмосферы в Южной полярной области.
В лаборатории взаимодействия океана и атмосферы ИО РАН была построена база траекторий мезомасштабных циклонов для зимы 2004 г. в ЮП с применением метода визуальной идентификации и построения траекторий по данным спутниковых наблюдений (www.sail.msk.ru/antarctica). Были проанализированы 976 спутниковых изображений облачности в инфракрасном канале, и по известным из литературы методикам были визуально идентифицированы и построены траектории 1735 мезоциклонов в Южном океане. В результате были уточнены характеристики жизненного цикла мезоциклонов. Исследование характеристик ветра в мезоциклонах с использованием данных спутниковых наблюдений о ветре и данных реанализов показало, что современные реанализы занижают скорость ветра в мезомасштабных циклонах на 5 м/с (~35% от абсолютного значения). Также было показано, что реанализы до 23% недооценивают количество интенсивных систем (со скоростями ветра от 15 м/с). Созданная база траекторий предоставляет уникальную основу для валидации автоматических схем построения траекторий.
Разработан и апробирован альтернативный метод автоматического детектирования полярных мезоциклонов с использованием глубоких сверточных нейронных сетей на данных спутниковых мозаик поля облачности в инфракрасном канале и канала водяного пара. Представлено исследование эффективности нескольких архитектур глубоких сверточных нейронных сетей, выделена архитектура, показавшая лучшую точность. Метод показывает качество 98% в терминах доли верно классифицированных объектов. Разработанный метод в дальнейшем расширяется на все типы циклонов и атмосферных явлений, имеющих различимую структуру в поле облачности и в канале водяного пара. Этот метод в дальнейшем открывает возможность автоматического построения траектории полярных мезомасштабных циклонов по данным спутниковых мозаик. В дальнейшем планируется использовать полученную базу данных траекторий для детального исследования механизмов формирования полярных мезоциклонов с помощью высокоразрешающего гидродинамического моделирования.
16 ноября 2017 г., 17:15
П.А.Пережогин
(Институт вычислительной математики РАН)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЧИСЛЕННЫХ СХЕМ И
ПОДСЕТОЧНЫХ ПАРАМЕТРИЗАЦИЙ НА СТАТИСТИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛИРУЕМОЙ ДВУМЕРНОЙ
ТУРБУЛЕНТНОСТИ
Рассматривается проблема численного моделирования динамики двумерной жидкости, возбуждаемой внешним воздействием заданного пространственного масштаба. Такая постановка является простейшим аналогом задачи моделирования квазидвумерных крупномасштабных турбулентных течений в атмосфере и океане.
Проведен сравнительный анализ численных аппроксимаций, применяемых в задачах моделирования атмосферы и океана, в частности в климатической модели ИВМ РАН INMCM и модели среднесрочного прогноза ПЛАВ. Проверена способность различных конечно-разностных и полулагранжевых схем достоверно воспроизводить двунаправленный каскад энергии и энстрофии. Показано, что при грубом пространственном разрешении большинство схем неверно воспроизводят обратный каскад энергии.
Предложены, реализованы и протестированы различные варианты стохастических и детерминистических подсеточных моделей. С этой целью, по данным прямого численного моделирования проведен априорный анализ взаимодействия мелкомасштабных и крупномасштабных компонент течения. На его основе получены спектральные характеристики подсеточных сил для модели с грубым разрешением с учетом выбранной пространственной
аппроксимации. Показано, что при помощи крупномасштабного стохастического или детерминистического воздействия, имитирующего взаимодействия между "подсеточными"
и разрешаемыми гармониками, можно значительно улучшить динамику грубой модели в интервале обратного каскада энергии.
26 октября 2017 г., 17:15
В.М.Степаненко
(Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА И ДИНАМИКИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ВОДОЁМАХ СУШИ
(по материалам докторской диссертации)
Настоящая работа посвящена созданию новых моделей термодинамических и биогеохимических
процессов в водоёмах суши, имеющих значение для климатической системы. Модели должны
удовлетворять, помимо адекватности реальным процессам, также требованию вычислительной
экономичности – для возможности их включения в модели Земной системы.
В первой части работы перечисляются примеры термодинамического взаимодействия водных
объектов с атмосферой, приводящего к развитию экстремальных мезомасштабных
метеорологических явлений. Излагаются существующие представления о роли пресноводных систем
в глобальном углеродном цикле. Приводится текущее состояние параметризаций водных объектов
суши в системах прогноза погоды и моделях Земной системы. Определяются возможности этих
парметризаций и ограничения, формулируются задачи исследования.
Вторая часть работы включает формулировку основ одномерного (по вертикали) моделирования озёр
и оценку возможностей современных одномерных моделей водоёма в воспроизведении
термодинамического режима озёр. Впервые выводятся точные одномерные уравнения
термогидродинамики замкнутого водоёма, частными случаями которых являются уравнения,
используемые во существующих моделях. Подробно описывается авторская модель водоёма LAKE.
Приводятся результаты инициированного автором проекта Lake Model Intercomparison Project
(LakeMIP) на примере двух небольших озёр: Коссенблаттер (Германия) и Валькеа-Котинен
(Финляндия). Показано, что использование различных турбулентных замыканий в моделях слабо
сказывается на температуре поверхности и потоках явного и скрытого тепла в атмосферу. Попутно
идентифиицируются ограничения метода ковариации пульсаций над озёрами, окружёнными
неоднородным ландшафтом. Значительно сильнее модели озера отличаются в расчётном положении
термоклина, что имеет существенное значение для воспроизведения биогеохимических процессов.
Впервые систематически рассмотрены физические механизмы формирования аномального профиля
температуры в озёрах, стратифицированных по солёности, на примере оз. Большой Вилюй
(Камчатка).
Третья часть работы посвящена параметризации сейшевых колебаний в одномерных моделях.
Формулируется новый подход, основанный на явном воспроизведении первой горизонтальной моды
внутренних сейш, на долю которой проиходится большая часть энергии внутренних волн в озёрах.
Проводится аналитическое исследование колебаний в предложенной параметризации. В
идеализированных численных экспериментах демонстрируется подавление заглубления сдвигого
перемешанного слоя при учёте горизонтального градиента давления. Впервые даётся объяснение,
почему в большинстве одномерных моделей включение силы Кориолиса позволяет получать
реалистичный сезонный ход вертикального перемешивания при горизонтальных размерах водоёма не
сильно меньших радиуса деформации Россби. В расчётах термического режима оз.Валькеа-Котинен
(L << L_R ) показано, что параметризация сейш позволяет существенно улучшить результаты
моделирование глубины перемешанного слоя.
В четвёртой части приводится описание первой модели динамики в водоёмах суши парниковых газов - метана и углекислого газа.
В системе "лёд-вода-донные отложения" учитываются основные
процесы генерации и стока CH_4 , CO_2 и O_2 , а также их турбулентный перенос в растворённом виде и в
составе пузырьков. Валидация модели по концентрации газов и их потоку в атмосферу проводится
для двух озёр - оз. Щучье (Северо-Восточная Сибирь) и Куйваярви (Финляндия). Показано, что
модель способна адекватно данным измерений воспроизводить сезонный ход вертикального
распределения газов и их потоки.
Пятая, заключительная, часть представляет первые результаты включения модели LAKE в модель
Земной системы ИВМ РАН.
11 мая 2017 г., 17:15
О.А.Дружинин, Ю.И.Троицкая
(Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород)
ПРЯМОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НАД ВЗВОЛНОВАННОЙ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, НЕСУЩЕГО МЕЛКОДИСПЕРСНЫЕ КАПЛИ
Цель данной работы – исследование влияния мелкодисперсных капель на обмен импульсом в пограничном слое на границе раздела океан-атмосфера с помощью численного моделирования. В численном эксперименте в качестве течения, моделирующего атмосферный погранслой с постоянным потоком импульса, рассматривается течение Куэтта над водной поверхностью, по которой распространяется двумерная, стационарная волна. При этом влияние воздушного потока на поверхностную волну не учитывается. Капли брызг, в природных условиях «срываемые» ветром с гребней волн, считаются достаточно мелкими, такими что их размеры малы по сравнению с вязким масштабом течения, и их влияние на поток учитывается с помощью аппроксимации «точечной силы» («point-force approximation»). Результаты показывают, что динамика капель и их влияние на поток существенным образом зависит от механизма инжекции капель, от их скорости оседания, и от крутизны поверхностной волны. Капли, инжектируемые в воздушный поток с локальной скоростью воздуха, уменьшают турбулентный поток импульса и ускоряют воздушный поток. С другой стороны, противоположный эффект наблюдается в случае капель, инжектируемых в поток с локальной скоростью поверхностной волны. Влияние капель на поток наиболее существенно в случае, когда их скорость оседания порядка скорости трения, увеличивается с ростом массовой доли капель и уменьшением крутизны поверхностной волны.
13 апреля 2017 г., 17:15
М.В. Курганский, О.Г. Чхетиани
(Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН)
ТУРБУЛЕНТНАЯ СПИРАЛЬНОСТЬ В АТМОСФЕРНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ
Рассматривается предположение о том (Deusebio, Lindborg. J.Fluid Mech. 2014. Vol. 755, 654-671), что спиральность, поступающая в экмановский пограничный слой из свободной атмосферы, передается далее каскадным образом с сохранением знака, который свидетельствует о направлении вращении Земли (т.е. положительного в Северном полушарии и отрицательного в Южном) , турбулентным движениям все уменьшающихся масштабов, вплоть до микромасштаба турбулентности Колмогорова. В то же время прямые измерения турбулентной спиральности на Цимлянской научной станции ИФА РАН в 2012 г. (Копров, Копров, Курганский, Чхетиани. Известия РАН. ФАО, 2015, Т. 51, 637-647) показывают знак спиральности противоположный ожидаемому. Возможным объяснением этому является совместное действие экмановского спирального течения и локального ветра, отвечающего приземной бризовой циркуляции за счет неравномерного нагрева поверхности земли, который в данной работе представлен в идеализированной форме склонового ветра Прандтля. Показано, что в плоскости годографа существует сектор с углом раскрыва 180°, внутри которого взаимное расположение векторов геострофического и локального ветров способствует левому вращению суммарного вектора скорости с высотой в самой нижней части пограничного слоя, а значит и каскаду отрицательной спиральности к турбулентным движениям малого масштаба, что согласуется с измерениями в натурных условиях. Предложена простая релаксационная модель турбулентности, которая объясняет измеренный в Цимлянске положительный знак (относительного малого) вклада в турбулентную спиральность за счет вертикальной скорости и вертикальной завихренности как для дневных, так и ночных условий измерений.
30 марта 2017 г., 17:15
Соколов А.Г., Кобельков Г.М.
(Механико-математический факультет)
ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ МЕЛКОЙ ВОДЫ
Предложена консервативная разностная схема для расчета уравнений мелкой воды. От известных ранее схем она отличается неявной аппроксимацией уравнения неразрывности. Приведены примеры расчетов Каспийского, Черного и других морей.
16 февраля 2017 г., 17:15
Гельфан А.Н.
(Институт водных проблем РАН)
ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕЧНОГО БАССЕЙНА:
ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К ИЗМЕНЕНИЯМ КЛИМАТА
Доклад состоит из 3-х частей. В первой обсуждаются проблемы развития гидрологии речных бассейнов, как геофизической дисциплины. Рассмотрены особенности гидрологической системы речного бассейна, как физического объекта и показано, что численное моделирование – основной метод описания этой системы при решении диагностических (исследовательских) и прогностических задач. Дан краткий обзор развития методов математического моделирования в гидрологии речных бассейнов. Обсуждаются внешние аналогии и причины существующего расхождения в путях развития математического моделирования в гидрологии суши и смежных геофизических дисциплинах (на примере метеорологии). Во второй части доклада рассмотрены физико-математические модели гидрологического цикла и формирования речного стока, разрабатываемые в ИВП РАН, и кратко описаны примеры их применения для решения актуальных проблем современной гидрологии речных бассейнов. Особое внимание уделено методам задания параметров моделей, их калибровке и процедурам проверки моделей, которые признаются необходимым условием применения моделей для предвычисления гидрологических характеристик в изменившихся (по сравнению с периодом имеющихся наблюдений) условиях, например, в условиях изменения климата. В третьей части доклада обсуждаются три задачи, связанные с гидрологическими аспектами климатических изменений: (1) анализ чувствительности гидрологической системы речного бассейна к малым возмущениям внешних (климатических) воздействий (на примере бассейнов рек Амур, Лена, Маккензи), (2) оценка влияния внутренней стохастической изменчивости атмосферных процессов на неопределенность оценок характеристик речного стока (на примере бассейнов рек Лена и Северная Двина) и (3) анализ пределов предсказуемости гидрологических процессов (на примере динамики влажности мерзлой почвы).
15 декабря 2016 г., 17:15
Кобельков Г.М.
(Механико-математический факультет МГУ,
Институт вычислительной математики РАН)
ОБ ОДНОЙ РАЗНОСТНОЙ СХЕМЕ ДЛЯ УРАВНЕНИЙ СЖИМАЕМОГО ГАЗА
17 ноября 2016 г., 17:15
И.Н.Сибгатуллин (1), Е. Ерманюк (3), К. Брузе (2), Т. Доксуа (2), С. Жубо (2)
1. Механико-математический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
2. Ecole Normale Superieure de Lyon
3. Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева, Новосибирск
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАСКАДОВ ВНУТРЕННИХ ВОЛН В НЕУСТОЙЧИВЫХ ВОЛНОВЫХ АТТРАКТОРАХ
Океан не является классической тепловой машиной и процессы
вертикального транспорта за счёт конвекции существенны лишь в тонком приповерхностном слое. Ветровые воздействия также существенной в верхних слоях океана. С другой стороны на общую циркуляцию океана сильно влияют процессы вертикального перемешивания, определяющие термосолевой баланс. В глубине океана плотность может быть устойчиво распределена по высоте с постоянной частой плавучести. И в этих условиях за счет приливных эффектов и взаимодействия жидкости в донным рельефом могут распространяться внутренние гравитационные волны. При большой амплитуде внутренние гравитационные волны могут становиться неустойчивыми и порождать дочерние волны, а также приводить к большой завихренности и опрокидываниям, в результате чего изменяется фоновая стратификация. Внутренние волны обладают особой формой дисперсионного соотношения, которая связывает временную частоту с наклоном волнового вектора по отношению к вертикали, но не с величиной волнового вектора. Из-за того, что при отражении волн от поверхностей сохраняется угол с вертикалью, возможно явление фокусировки волн и, как следствие, при постоянном источнике монохроматических волн в определённых геометриях возможно образование замкнутых путей, к которым стремятся траектории волн и на которых фокусируется почти вся колебательная энергия жидкости в контейнере. Совместно с ENS de Lyon и институтом гидродинамики Лаврентьева мы изучили последовательность триадных резонансов, возникающих при постоянном источнике монохроматических волн большой амплитуды. Показано, что в результате появляется дискретный линейчатый спектр на фоне сплошного спектра меньшей амплитуды. Проведены оценки функции плотности вероятности завихренности для различных амплитуд и показаны условия возникновения опрокидывания с помощью критерия Майлса-Ховарда. Показано изменение фоновой стратификации и изменение структуры волнового аттрактора. Корреляции между аттракторами с локализованным трехмерным возмущением и двумерным аттрактором показывают тенденцию к образованию квазидвумерных волновых аттракторов.
Работа частично поддержана грантом РФФИ 15-01-06363 А
Публикации:
C. Brouzet, S. Joubaud, E. Ermanyuk, I. Sibgatullin, and T. Dauxois. Energy cascade in internal-wave attractors. Europhysics Letters, 113:44001–p1–44001–p6, 2016.
C. Brouzet, I. Sibgatullin, H. Scolan, E. V. Ermanyuk, and T. Dauxois. Internal wave attractors examined using laboratory experiments and 3d numerical simulations. Journal of Fluid Mechanics, 793:109–131, 2016.
20 October 2016, 14:00
Russian-Finnish seminar on
Land-atmosphere exchanges in heterogeneous landscapes
Section 1 (14:00 – 16:00).
Turbulence in heterogeneous landscapes
14:00 – 14:30
Sergej S. Zilitinkevich. How and why turbulence sustains in super-critically stratified free atmosphere and ocean?
14:30 – 15:00
Ivan Mammarella. Benefits and challenges of long-term eddy covariance flux measurements over lakes
15:00 – 15:20
Evgeny Mortikov. Direct numerical simulation of intermittent turbulence in stably stratified plane Couette flow
15:20 – 15:40
Yulia Mukhartova. Modeling study to describe effects of vegetation heterogeneity and surface topography on turbulent exchange between land surface and the atmosphere
15:40 – 16:00.
Irina Repina. The turbulent structure of surface atmospheric layer above small boreal lakes
Coffee break (16:00 – 16:30).
Section 2 (16:30 – 18:00).
Lake-atmosphere interactions
16:30 – 17:00
Victor Stepanenko. One-dimensional modelling of enclosed water bodies
17:00 –17:20
Maria Grechushnikova. Influence of stratification on methane accumulation in reservoirs of Moscow water supply system
17:20 – 17:40
Vasily Bogomolov. Integration of lake model into the coupled general circulation model of the atmosphere and ocean
17:40 – 18:00
Timo Vesala. From lakes to urban environment
29 сентября 2016 г., 17:15
Ю.Д.Чашечкин
(Институт проблем механики РАН)
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ МЕХАНИКА ЖИДКОСТЕЙ - ИНСТРУМЕНТ ИЗУЧЕНИЯ ДИНАМИКИ И СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЙ
Оптическими методами установлена структурность течений во всем доступном для наблюдения диапазоне масштабов (приводятся примеры). Цель доклада – представить модели расчета структуры и обсудить возможности улучшения качества описания течений.
Основой согласованного математического и физического (лабораторного) моделирования течений служит фундаментальная система уравнений механики неоднородных жидкостей. Теоретико-групповыми методами показана адекватность системы базовым принципам физики. Изучается динамика: стратифицированных (сильно и слабо), а также потенциально и актуально однородных сред.
Классификация компонент периодических течений проведена на основе решений линейных моделей, построенных методами теории сингулярных возмущений с учетом условия совместности. Собственные масштабы используются для выбора размера поля наблюдения, пространственного и временного разрешения инструментов. Визуализация течений выполнена на стендах УИУ "ГФК ИПМех РАН", расчеты – на вычислительных комплексах МСЦ РАН и НИВЦ МГУ им. М.В. Ломоносова.
Анализируются поля течений, индуцированных диффузией на топографии, процессы генерации распространения и нелинейного взаимодействия периодических и присоединенных внутренних волн в экспоненциально стратифицированной среде, картины обтекания препятствий в диапазоне числе Рейнольдса от 1 до 80000. Расчеты картин полей сравниваются с экспериментами и наблюдениями в природе.
Обсуждаются перспективы и дальнейшего развития теории течений, проведения лабораторных исследований и переноса полученных результатов на природные и индустриальные условия с учетом новых экспериментальных результатов.
12 мая 2016 г., 17:15
М.В.Курганский
(Институт физики атмосферы имени А.М.Обухова РАН)
СПИРАЛЬНОСТЬ В ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ В АТМОСФЕРЕ
Приведены общие сведения о спиральности поля скорости и месте этого понятия в современных исследованиях в области геофизической гидродинамики и динамической метеорологии. Сведены воедино различные, как известные ранее в литературе, так и приведенные впервые формы уравнения баланса спиральности в атмосферных движениях, в том числе с учетом эффектов сжимаемости воздуха и вращения Земли. Даны уравнения и соотношения, справедливые при различных приближениях, которые делаются в динамической метеорологии, как-то: приближение Буссинеска, приближение квазистатики, квазигеострофическое приближение. Сделан акцент на анализе баланса спиральности в крупномасштабных квазигеострофических системах движения, приведена формула для потока спиральности через верхнюю границу нелинейного экмановского пограничного слоя и показано, что этот поток в точности компенсируется разрушением спиральности внутри экмановского пограничного слоя.
7 апреля 2016 г., 17:15
Е.И.Дебольская
(Институт водных проблем РАН)
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ
Будет представлен обзор разработанных автором моделей и проблем, связанных с исследованием деформационных русловых процессов, обусловленных воздействием водного потока и таянием вечномерзлых грунтов, на реках криолитозоны и распространения примесей в руслах, подверженных термоэрозии.
17 марта 2016 г., 17:15
Д.В.Кулямин
(НИВЦ МГУ, ИВМ РАН, ФГБУ ИПГ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЛОБАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СРЕДНЕЙ АТМОСФЕРЫ И НИЖНЕЙ ИОНОСФЕРЫ
Рассматривается проблема моделирования глобальных физических процессов, определяющих состояние средней атмосферы и нижней ионосферы. Представлена совместная модель общей циркуляции атмосферы и нижней ионосферы (0-120 км), описана реализация основных физических процессов в средней атмосфере: радиационные динамические и химические процессы. Рассмотрены основные задачи, которые возможно решать с помощью разрабатываемой модели.
3 марта 2016 г., 17:15
Д.Н.Живоглотов
(Центральная аэрологическая обсерватория)
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЕТРОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В АТМОСФЕРЕ С БОРТА САМОЛЕТА-ЛАБОРАТОРИИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Приводится краткое описание и технические характеристики бортового аппаратно-программного комплекса для измерения параметров полета и термодинамических характеристик атмосферы и комплекса для регистрации этих параметров из состава измерительной системы самолета-лаборатории нового поколения Як-42Д "Росгидромет". Изложены результаты летных испытаний самолетных комплексов для измерения и регистрации навигационных параметров полета, температуры воздуха, скорости и направления ветра, турбулентности. Описывается метод учета аэродинамических возмущений, вносимых самолетом в набегающий воздушный поток, представлены величины аэродинамических поправок в показания датчиков давления и температуры в зависимости от конструкции датчиков и их размещения на самолете-лаборатории. Приводятся результаты летных испытаний аппаратуры.
С помощью самолета-лаборатории Як-42Д "Росгидромет" 26 июня 2014 г. были выполнены исследования распространения аэрозольных примесей, продуцируемых мегаполисом (г. Москва). На самолете-лаборатории, в частности, была установлена аппаратура для измерения концентраций и спектров размеров субмикронных (в диапазоне размеров 0,055–1 мкм) и мелких (в диапазоне размеров от 0,1 до 3 мкм) частиц, концентраций частиц черной сажи. Маршрут полета самолета-лаборатории определялся по положению шлейфа выноса примесей, рассчитанного с помощью известной дисперсионной модели FLEXPART. В качестве фоновых величин для дня наблюдений были приняты концентрации аэрозольных примесей на наветренной стороне мегаполиса на высоте 500 м (по черной саже -- 9 см**(-3); по субмикронным частицам - 40 см**(-3); по мелким частицам -- 40 см**(-3)). Показано, что концентрации аэрозолей в шлейфе выноса могут превышать фоновые значения на той же высоте более чем на порядок (по сажевым частицам – в 25 раз). Представлены вертикально-горизонтальные распределения концентраций аэрозольных частиц в зоне шлейфа и показано, что слоистая структура распределений концентраций аэрозолей согласуется с распределениями температуры и влажности воздуха, скорости ветра, турбулентных потоков тепла. Показано, что форма средних спектров распределений частиц аэрозоля в диапазоне размеров от 0,066 до 1,7 мкм в зоне шлейфа, не зависит от высоты наблюдения. Выявлено существенное изменение вида спектров размеров аэрозольных частиц и концентрации частиц (почти вдвое) при увеличении расстояния от оси шлейфа с 15 км до 40 км.
28 февраля 2016 г., 17:15
А.Родригес
(Высшая школа экономики)
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ РЕАНАЛИЗА И ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Доклад посвящен информационным технологиям, с помощью которых можно выстроить полный производственный цикл хранения, доступа, обработки и визуализации данных реанализа климата и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) на регулярных широтно-долготных решетках. Рассматриваются отличия хранения и обработки, а также организации доступа к данным, которые находятся на одной машине, суперкомпьютере либо компьютерном кластере, состоящем из оборудования широкого потребления. Подробно освещены технологии распространения (dissemination) потребителям реанализа климата и ДЗЗ. Будет описан современный тренд обработки этих данных в своих исходных форматах, их 2D и 3D визуализация в настольных и веб приложениях. Особое внимание уделяется отечественным системам ChronosServer (не имеет мировых аналогов) и Climate Wikience:
Страница проекта: www.wikience.org/ru
Краткое видео (1 минута 52 секунды) http://youtu.be/yqeajvqPuKo
Статья на портале GIS-LAB: http://gis-lab.info/qa/climate-wikience.html
Брошюра: http://www.wikience.org/rodriges/brochure_Wikience_A4_v3_RU.pdf
17 декабря 2015 г., 17:15
Е.И.Дебольская
(Институт водных проблем РАН)
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЛЕДОВЫХ ЯВЛЕНИЙ В РЕКАХ И РУСЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В КРИОЛИТОЗОНЕ
Будет представлен обзор разработанных автором моделей и проблем, связанных с исследованием
деформационных русловых процессов, обусловленных воздействием водного потока и таянием вечномерзлых грунтов, на реках криолитозоны и распространения примесей в руслах, подверженных термоэрозии. 26 ноября 2015 г., 17:15
Г.С.Ривин
(Гидрометцентр России,
Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова)
СОВРЕМЕННЫЕ ЧИСЛЕННЫЙ ПРОГНОЗ ПОГОДЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛИМАТА НА ПРИМЕРЕ МОДЕЛЕЙ АТМОСФЕРЫ И ДЕЯТЕЛЬНОГО СЛОЯ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ COSMO и ICON
Современные оперативные модели атмосферы являются моделью окружающей среды, т.к. они обязательно включают в себя описание процессов в деятельном слое суши и озерах (а не только в атмосфере), химический блок и модель прогноза волн в океане. Кроме того, они являются негидростатическими и обладают свойством бесшовной технологии.
Еще совсем недавно разработать модель атмосферы было под силу одному человеку или небольшому коллективу исследователей. Сейчас эта работа под силу только большим коллективам, зачастую из разных стран. Характерным примером создания и работы метеорологических сообществ является консорциум COSMO, а характерным примером совместной разработки, усовершенствования и использования многомасштабных многоцелевых моделей являются глобальная негидростатическая модель ICON (совместная разработка Немецкой метеослужбы и Института Им. Макса Планка Гамбургского университета) и негидростатическая модель COSMO для ограниченной территории (первая ее версия LM была разработана в Немецкой метеослужбе).
13 апреля 2011 г. Центральная методическая комиссия Росгидромета, рассмотрев оперативные испытания системы COSMO-Ru (по правилам консорциума каждая страна добавляет две первые буквы имени страны к имени своей версии модели COSMO), рекомендовала ФГБУ «Гидрометцентр России» внедрить в оперативную практику в качестве базовой модель COSMO-Ru7 (шаг сетки 7 км) и оперативно-прогностическим подразделениям Росгидромета использовать в практической работе выходную продукцию мезомасштабной модели COSMO-Ru7.
В докладе будет описаны работы по современному состоянию, развитию и совершенствованию моделей COSMO и ICON, оперативной системы COSMO-Ru (оперативные прогнозы для различных территорий с шагами сетки 13.2, 7, 2.2 и 1.1 км) и применению их как для метеорологического обеспечения летней Универсиады Казань-2013 и зимней Олимпиады Сочи-2014, так и для исследований климатических изменений и атмосферных процессов различного масштаба.
12 ноября 2015 г., 17:15
А.В.Кислов
(Географический факультет МГУ)
ЭКСТРЕМУМЫ В АРКТИКЕ: СТАТИСТИКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ
Экстремальные скорости ветра и осадки были исследованы в Арктике (от Кольского полуострова до полуострова Чукотка). Были использованы данные станционных наблюдений, материалы реанализа (20th Century Reanalysis) и результаты моделирования (по глобальной модели INM-CM4 (модель Института вычислительной математики РАН) эксперимент СMIP5 «Historical», и мезомасштабной модели COSMO-CLM).
По данным наблюдений показано, что массив экстремумов скорости ветра содержит данные, принадлежащие к двум различным генеральным совокупностям. Используя начинающуюся складываться метафорическую терминологию, эти наборы экстремумов названы «черными лебедями» и «драконами» соответственно, причем скорости, относящиеся к первым, превосходят вторых на 10-30% (при одном и том же квантильном уровне 0,99) на различных станциях.
Это означает, в частности, что в качестве характеристики экстремальности нельзя использовать эмпирически определенные значения, выше, например, 95 или 99 процентиля (как обычно делается), поскольку эти значения различны для «черных лебедей» и «драконов». Для экстремумов осадков подобный вывод сделать нельзя. Здесь применение такой эмпирической оценки вполне уместно.
Данные INM-CM4 «драконов» не содержат. Это значит, что глобальные модели не только занижают экстремумы, но, кроме того, не воспроизводится механизм, создающий эти аномалии. Поэтому прямое использование модельных полей ветра для, например, воспроизведения статистики штормов при меняющемся климате не дает надежного результата. Эту задачу можно решать, используя косвенные характеристики, например, поле давления.
Мезомасштабная региональная модель COSMO-CLМ оказалась способна воспроизводить скорости того же порядка, что наблюдались на станциях, однако «не в той же точке». Это указывает на важную роль детализированного моделирования мезометеорологических эффектов для воспроизведения экстремальных скоростей ветра. Анализ отдельных ситуаций (по данным реанализа и COSMO-моделирования) пока не позволил выявить признаки, позволяющие однозначно отнести циркуляционную картину к «драконам» или «черным лебедям».
22 октября 2015 г., 17:15
Тилинина Н.(1), Гулев С.К.(1), Вереземская П.(2,1), Гавриков А.(1)
(1) Институт океанологии имени П.П.Ширшова РАН
(2) Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ
ВКЛАД АТМОСФЕРНЫХ ЦИКЛОНОВ В ФОРМИРОВАНИЕ СИНОПТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ ТЕПЛА В СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ
Турбулентные потока тепла из океана в атмосферу ответственны за формирование и изменчивость океанского бюджета тепла как на синоптическом, так и на сезонном и межгодовых масштабах времени. Эта изменчивость в средних широтах Северной Атлантики управляется приповерхностным атмосферным режимом температуры и влажности, а также скорости ветра, который контролируется атмосферными циклонами. Понимание механизма синоптической изменчивости поверхностных турбулентных потоков тепла и возникновения случаев экстремально высоких потоков скрытого и явного тепла из океана в атмосферу является главноq задачей представленного исследования. Главными вопросами в нашем исследовании являются (i) каковы крупномасштабные атмосферные условия приводящие к формированию экстремально высоких потоков тепла из океана в атмосферу, (ii) какова роль экстремально высоких потоков тепла в формировании океанского бюджета тепла, и (iii) какие характеристики атмосферных циклонов чувствительны к тепловым сигналам океана? Для ответа на эти вопросы мы проанализировали характеристики режима турбулентного теплообмена между океаном и атмосферой и характеристики циклонической активности в Северной Атлантике на основе реанализа NCEP-CFSR, с 1979 года по настоящее время. Характеристики циклонической активности получены при помощи схемы идентификации и построения траекторий циклонов на основе полей давления на уровне моря с 6-часовым шагом по времени.
В докладе особое внимание уделено методологии идентификации и построения траекторий циклонов, ее недостаткам и достоинствам применительно к различным задачам.
24 сентября 2015 г., 17:15
Володин Евгений Михайлович
(Институт вычислительной математики РАН)
МОДЕЛЬ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛИ ИВМ РАН: ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЛАНЫ УЧАСТИЯ В МЕЖДУНАРОДНОМ СРАВНЕНИИ КЛИМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ CMIP6 В 2016-2018 Г.Г.
Рассматриваются существующие в настоящее время версии климатической модели ИВМ РАН: основные блоки, достоинства и систематические ошибки, прогресс по сравнению с предыдущим сравнением климатических моделей, программная реализация модели на суперкомпьтерах, а также современное состояние климатического моделирования и требования научного сообщества к моделям земной климатической системы. Перечисляются подпроекты будущего сравнения климатических моделей CMIP6 и обсуждается возможное участие в них модели ИВМ РАН в зависимости от имеющихся компьютерных ресурсов.
14 мая 2015 г., 17:15
Струнин Александр Михайлович
(Центральная аэрологическая обсерватория)
СПЕКТРАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ТУРБУЛЕНТНОСТИ И ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ В КОНВЕКТИВНЫХ ОБЛАКАХ ТРОПИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ПО ДАННЫМ САМОЛЕТНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Приводятся результаты анализа данных наблюдений турбулентности в конвективных облаках, полученных во время комплексного самолетного эксперимента над метеорологическим полигоном над о. Куба. Описывается вновь разработанный метод введения поправки в температуру и ее пульсации на водность облака при самолетных измерениях, приводится оценка величины коэффициента поправки на водность. Показано, что метод обеспечивает восстановление истинных значений пульсаций температуры в облаке и получение непротиворечивых данных о потоках тепла через боковые границы конвективного облака.
Применение вейвлет-преобразования и разработанного метода введения поправки в температуру на водность облака позволило выявить ряд особенностей развития турбулентности в конвективных облаках (конвективных ячейках) тропической зоны. Были выявлены квазистационарные стадии развития конвективных ячеек – начальная стадия развития, стадия зрелого облака и стадия диссипации облака. Показано, что форма спектров пульсаций и коспектров потоков тепла и импульса существенным образом зависят от стадии развития конвективной ячейки. Получены универсальные функции, описывающие коспектры потоков тепла и спектры пульсаций скорости ветра и температуры воздуха для различных стадий развития конвективной ячейки, определены управляющие параметры (относительное время жизни ячейки и степень перегрева облачного воздуха), параметры универсальных функций. Приводятся эмпирические функции распределения (накопленные повторяемости) среднеквадратических пульсаций скорости ветра и температуры и коэффициента турбулентного перемешивания и величины их средних значений в конвективных облаках тропической зоны и показано, что эти распределения существенным образом зависят от стадии развития конвективных ячеек. Оценена применимость формулы Ричардсона-Обухова для расчета величин коэффициента турбулентного перемешивания в конвективных ячейках, находящихся на различных стадиях развития и получены значения коэффициентов пропорциональности в этой формуле.
23 апреля 2015 г., 17:15
Ivan Mammarella
(University of Helsinki)
BIOSPHERE-ATMOSPHERE INTERACTIONS
The coupling of the Earth's surface and the overlying atmosphere through mass and energy fluxes has an important role in atmospheric chemistry and physics in addition to boundary layer meteorology and ecosystem research. The Micrometeorology group of University of Helsinki aims at increasing the fundamental understanding of biosphere-atmosphere interactions in different ecosystems and to apply the gained information for practical applications and purposes. The group has a comprehensive experience on eco-system scale flux measurements carried out by means of micrometeorological techniques. Long term and continuous measurements are performed over forest, wetland and freshwater ecosystems. In this seminar I will present recent research studies and activities performed within the group, including methodological developments and physical and biogeochemical processes controlling energy and mass surface exchange in different ecosystems.
9 апреля 2015 г., 17:15
Кошелева Наталья Евгеньевна
(Географический факультет МГУ)
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ: источники, пространственное распределение, динамика
В докладе будут рассмотрены техногенные источники загрязняющих веществ в городских ландшафтах, дана характеристика геохимической специализации выбросов различных отраслей промышленности и автотранспорта. Будет проанализирована структура городских экосистем и роль снежного покрова и почв, принимающих и аккумулирующих атмотехногенные потоки поллютантов. Будут определены условия и механизмы закрепления загрязняющих веществ на геохимических барьерах, формирующихся в разных генетических горизонтах почв. Будут представлены статистические модели для оценки загрязнения почв при различных сочетаниях ландшафтно-геохимических условий и техногенных факторов. Также планируется обсудить возможности и ограничения балансовых моделей для описания контрастности и устойчивости почвенно-геохимических аномалий на территории города.
26 марта 2015 г., 17:15
Дианский Н.А.
(Институт вычислительной математики РАН)
Развитие системы обеспечения гидрометеорологической информацией Арктических акваторий на основе современных технологий численного моделирования
Представлена система моделирования гидрометеорологических характеристик в морских акваториях, реализованная в Государственном океанографическом институте имени Н.Н.Зубова (ФГБУ "ГОИН"). Она включает в себя расчет атмосферного воздействия по модели WRF (Weather Research and Forecasting model), расчет течений, уровня, температуры, солености моря и морского льда по модели INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model) и расчет параметров волнения по Российской атмосферно-волновой модели (РАВМ). При этом в моделях INMOM и РАВМ имеется возможность использования сгущающихся сеток для более точного расчета циркуляции и ветрового волнения в выделенных районах. Эта система реализована для различных акваторий: западноарктических морей побережья России, а также Черного, Азовского и Каспийского морей. Разработанная система используется как для оперативных расчетов морской циркуляции (анализ и прогноз), так и для ретроспективных расчетов на несколько десятилетий для определения гидрометеорологических режимных характеристик. Верификация и настройка параметров используемых моделей по данным измерений проводится, в том числе, по данным морских экспедиционных исследований, выполняемых в ФГБУ "ГОИН". Представлены результаты расчетов гидрометеорологических полей и их сравнение с данными наблюдений для западноарктических морей побережья России, а также Черного, Азовского и Каспийского морей. Проведенные ретроспективные расчеты циркуляции Западноарктических морей побережья России (Баренцево, Белое, Печорское и Карское моря) за период с 1994 по 2013 гг. позволили выявить важные особенности циркуляции вод Баренцева, Карского и Печорского морей, а также рассчитать изменчивость водообмена через пролив Карские ворота.
12 марта 2015 г., 17:15
Кошелева Н.Е.
(Географический факультет МГУ)
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ: источники, пространственное распределение, динамика
В докладе будут рассмотрены техногенные источники загрязняющих веществ в городских ландшафтах, дана характеристика геохимической специализации выбросов различных отраслей промышленности и автотранспорта. Будет проанализирована структура городских экосистем и роль снежного покрова и почв, принимающих и аккумулирующих атмотехногенные потоки поллютантов. Будут определены условия и механизмы закрепления загрязняющих веществ на геохимических барьерах, формирующихся в разных генетических горизонтах почв. Будут представлены статистические модели для оценки загрязнения почв при различных сочетаниях ландшафтно-геохимических условий и техногенных факторов. Также планируется обсудить возможности и ограничения балансовых моделей для описания контрастности и устойчивости почвенно-геохимических аномалий на территории города.
26 февраля 2015 г., 17:15
Кобельков Г.М.
О МОДИФИКАЦИЯХ УРАВНЕНИЙ НАВЬЕ-СТОКСА
О.А. Ладыженской была предложена модификация уравнений Навье-Стокса, позволившая доказать теорему существования решения "в целом". В докладе предложено усиление этих результатов. А именно, эллиптический оператор изменяется так же, как и у О.А. Ладыженской, но не по трем переменным, а
только по двум; при этом третье уравнение движения остается без изменений. Подобного рода задачи возникают при построении математических моделей крупномасштабной динамики океана.
12 февраля 2015 г., 17:15
Кулямин Д.В.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕРХНЕЙ АТМОСФЕРЫ
Проблема моделирования верхней атмосферы на сегодняшний день представляет значительный интерес, обусловленный как задачами радиофизики и космическими исследованиями, так и проблемой исследования солнечно-земных связей и роли верхней атмосферы в формировании климата Земли. Одним из подходов к решению данной проблемы является совершенствование современных климатических моделей за счет включения описания верхних слоев атмосферы. В настоящее время этот подход реализуется в качестве одного из направлений работы по созданию модели Земной системы высокого пространственного разрешения. При этом отдельной проблемой является моделирование ионосферы, образующейся в слоях выше 60 км в результате ионизации нейтрального воздуха солнечным излучением.
В качестве первого шага в совместном моделировании общей циркуляции атмосферы и ионосферы в докладе представлена модель тропосферы-стратосферы-мезосферы и D-слоя ионосферы (для высот 0-90 км). Модель базируется на трехмерной модели общей циркуляции атмосферы в гибридной системе координат (разрешение 2° на 2.5°, 80 вертикальных уровней). В качестве фотохимической модели D-слоя ионосферы взята пятикомпонентная модель. Для данной модели исследованы свойства дифференциальной постановки задачи, разработана эффективная полунеявная численная схема для устойчивого расчета с большими шагами по времени. На основе совместной модели исследована роль термодинамических характеристик нейтральной атмосферы в формировании среднего состояния D-слоя. На основе предварительной идентификации модели по данным прямых измерений, поглощения и распространения радиоволн показано удовлетворительное воспроизведение климатических характеристик D-слоя ионосферы.
Также представлена новая модель глобальной трехмерной модели общей циркуляции термосферы Земли (90-500 км) с высоким пространственным разрешением (2х2.5х80), включающая согласованный расчет радиационных процессов. На основе детального анализа воспроизведения различных составляющих процесса переноса излучения в новой модели показано хорошие соответствие основных особенностей радиационного баланса эмпирическим оценкам. По данным моделирования и аналитических оценок показано, что формирование глобального состояния термосферы по существу определяется соотношением параметров радиационного нагрева и стока тепла за счет молекулярной диффузии, а также условиями на нижней границе. На основе первичной идентификации модели по эмпирическим данным показано удовлетворительное воспроизведение термического баланса и особенностей общей циркуляции термосферы.
27 ноября 2014 г., 17:15
Никитин К.Д.
МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОФАЗНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЛИНЕЙНОГО МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ОБЪЕМОВ
Рассматривается развитие нелинейной монотонной схемы конечных объемов и ее применение для моделей двух- и трехфазной фильтрации в пористой среде. Схема применима для полных анизотропных неоднородных тензоров проницаемости и произвольных расчетных сеток с многогранными ячейками.
Нелинейная схема сравнивается с традиционными линейными подходами: линейной двухточечной (TPFA) и многоточечной (MPFA-O) схемами дискретизации. Нелинейная схема демонстрирует ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными подходами.
По сравнению с линейной TPFA, новая схема проявляет низкую чувствительность к искажениям расчетной сетки. Схема обеспечивает первый порядок точности по потокам в случае неортогональных сеток или полного анизотропного тензора проницаемости, в то время как традиционная линейная TPFA не обеспечивает аппроксимации. Вычислительная сложность нового метода незначительно выше, чем для традиционного TPFA.
По сравнению с MPFA, нелинейная схема позволяет получать более разреженные алгебраические системы и является более эффективной с вычислительной точки зрения. Более того, она является монотонной, т.е. сохраняет неотрицательность дискретного решения.
13 ноября 2014 г., 17:15
Глазунов А.В., Степаненко В.М.
ВИХРЕРАЗРЕШАЮЩЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ НАД НЕОДНОРОДНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ, ИМИТИРУЮЩИМИ НЕБОЛЬШИЕ ЛЕСНЫЕ ОЗЕРА
При помощи вихреразрешающей (LES) модели пограничного слоя атмосферы проведена серия расчетов турбулентных течений над неоднородными поверхностями, имитирующими небольшие лесные озера. Исследованы закономерности турбулентного обмена теплом и импульсом над такими объектами. Отмечена слабая чувствительность характеристик турбулентности над "озером" к термической стратификации. Рассматриваются вопросы репрезентативности натурных измерений турбулентных потоков методом ковариации вихревых пульсаций над такими объектами.
При помощи лагранжева переноса большого (~10^9) количества трассеров реализован алгоритм определения поверхностного "футпринта" (области влияния) для потока скаляров, измеренного над горизонтально-неоднородной поверхностью. Обсуждаются допустимые упрощения, позволяющие уменьшить вычислительные затраты на перенос пассивных трассеров в LES-модели при существенном вкладе "подсеточной" турбулентности.
23 октября 2014 г., 17:15
Щевьев В.А.
РОЛЬ ПРИЛИВООБРАЗУЮЩИХ СИЛ ЛУНЫ И СОЛНЦА В ОБРАЗОВАНИИ КРУПНОМАСШТАБНЫХ ЦИРКУЛЯЦИЙ В ОКЕАНАХ И МОРЯХ
15 мая 2014 г., 17:15
Крыленко И.Н.
(Географический факультет МГУ)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДНОГО РЕЖИМА РЕК НА ОСНОВЕ СИНТЕЗА
МОДЕЛЕЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА
В докладе будет представлен цикл методов исследования водного режима рек на основе моделей гидрометеорологического цикла, начиная от определяющих водный режим территории исходных метеорологических данных, полученных на основе глобальных и мезомасштабных моделей циркуляции атмосферы, через анализ процессов формирования стока на водосборе на основе модели формирования стока Ecomag, до поступления воды в речную сеть и исследования условий движения воды на конкретных участках речной сети на основе одномерных и двумерных гидродинамических моделей. Такой подход позволяет решить разноплановые гидрологические задачи, как в режиме краткосрочного прогноза, так и для разнообразных сценарных расчетов.
17 апреля 2014 г., 17:15
Чхетиани О.Г.
(Институт физики атмосферы имени А.М.Обухова РАН)
СПИРАЛЬНОСТЬ В АТМОСФЕРНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ
Одним из проявлений нарушения зеркальной симметрии в природных системах является присутствие спиральных свойств в корреляционных свойствах турбулентных движений. Наряду с энергией спиральность является квадратичным инвариантом движения идеальной жидкости. Характерным примером течения со спиральностью является движение в экмановском слое.
Указания на то, что турбулентность в атмосферном пограничном слое (АПС) обладает спиральностью, были получены впервые в натурных экспериментах, проведенных в Институте физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН. В частности были получены наклоны спектров спиральности близкие к -5/3. Интегральные оценки по полученным спектрам объемной плотности спиральности дают её значения 0.02-0.03 м/с2, что близко по порядку величины к значениям спиральности для мезомасштабной валиковой циркуляции в АПС.
Данные факторы указывают на необходимость учёта спиральности в моделях АПС. Такие модели были построена для нейтрального и температурно-стратифицированного пограничного слоёв. Присутствие спиральности приводит к дополнительным поперечным потокам тепла и импульса на нижней границе пограничного слоя и перенормировке турбулентной вязкости и диффузии. Модифицируется течение Экмана. Учёт турбулентной спиральности приводит к уменьшению угла поворота среднего ветра с высотой по сравнению с классической теорией и увеличению толщины пограничного слоя.
В задаче об устойчивости экмановского течения в диапазоне Re=50—500 учет спиральности существенно меняет пределы устойчивости, как сдвиговой ("параллельной"), так и в окрестности точки перегиба. Заметно меняются и характерные масштабы и инкременты неустойчивых мод. Стабилизирующее влияние спиральности сохраняется и в нелинейных режимах.
Для турбулентного АПС формирование валиковой структуры можно рассматривать в качестве одного из элементов каскада энергии и спиральности и полученные результаты неплохо согласуются с известными представлениями об ослаблении энергетического каскада в сторону мелкомасштабных мод и преимущественном взаимодействии спиральных мод одного знака и оценками, следующими из данных измерения характеристик турбулентности в пограничном слое атмосфере.
3 апреля 2014 г., 17:15
Струнин М.А.
(Центральная аэрологическая обсерватория)
ТУРБУЛЕНТНОСТЬ И ТУРБУЛЕНТНЫЙ ОБМЕН В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ НАД НЕОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ
Приводятся результаты самолетных исследований пограничного слоя атмосферы (ПСА), развивающего над термически неоднородной поверхностью.
Самолетные наблюдения над Охотским морем в феврале 2000 г. проводились в воздушной массе, перемещающейся с холодной поверхности суши (-17 .. -20 оС) на относительно теплую морскую поверхность (+4 ..+8 оС). Изменения теплофизических свойств подстилающей поверхности вдоль линии измерения проходило от сплошного льда ко льду с трещинами и открытой воде. Оценена эволюция вертикальных профилей различных параметров вдоль доминирующего воздушного потока в ПСА и толщина пограничного слоя в зависимости от протяженности зоны развития слоя и структуры подстилающей поверхности. Впервые обнаружено возникновение прерывистого термического внутреннего пограничного слоя, когда устойчивые внутренние пограничные слои чередовались с конвективными.
Тщательно поставленные натурные самолётные эксперименты, проведенные в районе г. Якутска в апреле – июне 2000 г. и применение новых методов обработки и анализа данных позволили выявить две особенности развития конвективного пограничного слоя над поверхностью с термическими неоднородностями мезо-масштабных размеров. Обнаружено и представлено в явном виде развитие мезо-масштабного термического внутреннего пограничного слоя, который возникал при сильной неустойчивости слоя и наличии на поверхности холодного пятна с горизонтальными размерами более 10 км, распространялся на всю толщину конвективного пограничного слоя и радикально менял его структуру. Выявлена структура локальной бризовой циркуляции, появлявшейся в результате воздействия холодного пятна на поверхности, имевшего мезо-масштабные (10…15 км) горизонтальные размеры. Показано, что локальная циркуляция приводила к существенному перераспределению потоков внутри пограничного слоя. Определены условия образования и развития мезо-масштабного термического внутреннего пограничного слоя и локальной бризовой циркуляции.
Вновь разработанный метод раздельной параметризации позволил разделить движения в конвективном пограничном слое на турбулентную (с масштабами менее 2 км) и мезо-масштабную (от 2 до 20 км) части. На основе данного метода построены новые модели подобия неоднородного конвективного пограничного слоя для условий, когда ни одна из известных моделей параметризации не могла быть применена.
20 марта 2014 г., 17:15
Кобельков Г.М.
(Механико-математический факультет МГУ,
Институт вычислительной математики РАН)
О МОДИФИКАЦИИ УРАВНЕНИЙ НАВЬЕ-СТОКСА
Рассматривается модификация уравнений Навье-Стокса,
заключающаяся в усилении оператора Лапласа только в первых двух уравнениях и только по горизонтальным переменным. Для модифицированной задачи доказано существование и единственность решения "в целом". Это существенным образом усиливает известные результаты О.А.Ладыженской.
6 марта 2014 г., 17:15
Курганский М.В.
(Институт физики атмосферы имени А.М.Обухова)
О ВЕРТИКАЛЬНОМ ПЕРЕНОСЕ ПЫЛИ В КОНВЕКТИВНО-НЕУЙСТОЙЧИВОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
Предложена модель, которая объясняет функциональную зависимость плотности вертикального потока массы песка (пыли) Q в конвективном пограничном слое атмосферы от плотности числа конвективных элементов (включая вихри) N, скорости трения u* и вертикального (турбулентного) потока плавучести B. Показано, что поток Q пропорционален произведению корня квадратного из B на шестую степень u*. Этот результат не противоречит приведенным в литературе эмпирически найденным зависимостям Q(u*). Обсуждаются два метода экспериментального определения плотности N, когда вертикальный вынос пыли в основном определяется (земными и марсианскими) пыльными вихрями.
12 декабря 2013 г., 17:15
Репина И.А.
(Институт физики атмосферы имени А.М.Обухова)
ПУЛЬСАЦИОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ПОТОКОВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ. ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗО- И ЭНЕРГООБМЕНА НАД ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ.
В настоящее время не вызывает сомнения значение приповерхностного турбулентного обмена в динамике окружающей среды. В то же время аппаратура для микрометеорологических измерений становится более доступна, надежна и проста в использовании. Поэтому пульсационный метод (eddy-correlation, EC) все чаще используется как обычный инструмент для определения потоков импульса, тепла, влаги и других атмосферных субстанций. Особое развитие этот метод получил в связи с повышенным вниманием к углеродному обмену в приземном слое атмосферы.
Для наземных станций разработаны достаточно надежные методики измерения потоков, коррекций данных и соответствующее программное обеспечение. При этом, несмотря на комплексные эксперименты последних лет, морские измерения носят эпизодический характер. Это связано, прежде всего, со сложностью реализации метода в морских условиях, особенно с подвижных оснований судов и морских буев. Для правильного применения метода EC недостаточно просто посчитать ковариации измеренных микрометеорологических характеристик. Измеренные сигналы нуждаются в серьезной обработке с применением различных фильтров и коррекций. В докладе обсуждаются способы реализации EC метода в морских и наземных условиях. Дается обзор используемых коррекций и приближений. В качестве примера реализации метода приводятся результаты наблюдений энерго- и газообмена атмосферы и морской поверхности в прибрежной зоне Черного моря и в Арктике. Результаты наблюдений сравниваются с расчетами по балк-методам. Рассматриваются границы применимости различных теоретических методов расчета турбулентных потоков.
21 ноября 2013 г., 17:15
Гущина Д.Ю.
(Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова)
МОДИФИКАЦИЯ ЭЛЬ-НИНЬО В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОГО КЛИМАТА
На основании данных наблюдений и численных моделей различного уровня сложности исследуется роль атмосферных процессов внутрисезонного масштаба в механизме формирования двух типов Эль-Ниньо – канонического и Модоки. Показано, что взаимосвязи между колебаниями Маддена-Джулиана и Эль-Ниньо наиболее ярко проявляются в определенные сезоны года. А именно, интенсификация MJO весной – в начале лета на западе Тихого океана предшествует Эль-Ниньо, максимум которого отмечается следующей зимой. Определена важная роль экваториальных атмосферных волн Россби в механизме генерации аномалии ТПО в период Эль-Ниньо, обнаружено, что вклад волн Россби сопоставим с вкладом колебаний Маддена-Джулиана. На основании полученных результатов предложен механизм влияния колебаний Маддена-Джулиана и волн Россби на генерацию Эль-Ниньо, основанный на взаимодействии аномальных западных ветров, связанных с возмущениями внутрисезонного масштаба, с океанической волной Кельвина. Проведена оценка изменения этого механизма в условиях меняющегося климата.
7 ноября 2013 г., 17:15
Елисеев А.В., Мохов И.И.
(Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук)
ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИРОДНЫХ ПОЖАРОВ В АНСАМБЛЕВЫХ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ С КЛИМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛЬЮ ИФА РАН В XX-XXIII ВЕКАХ
Проведены ансамблевые расчёты с климатической моделью (КМ) ИФА РАН с варьированием управляющих параметров блока природных пожаров в модели. В качестве внешнего воздействия были использованы реконструкции и сценарии антропогенных и естественных воздействий на климат в соответствии с условиями проекта сравнения климатических моделей CMIP5. В частности, в XXI-XXIII веках внешнее воздействие на климат было задано в соответствии со сценариями RCP (Representative Concentration Pathways) 2.6, 4.5, 6.0 и 8.5. Реалистичность версий модели с разными значениями управляющих параметров блока природных пожаров была оценена с помощью байесового подхода с использованием данных GFED-3.1 (Global Fire Emission Database, версия 3.1) для 1998-2011 гг. Затем было проведено осреднение результатов расчётов между реализациями такого ансамбля с использованием байесовых функций правдоподобия в качестве весов. Последнее позволило выделить модельный отклик, устойчиво проявляющиеся в численных экспериментах.
Глобальная площадь выгорания в модели из-за природных пожаров Sg в современный период (1998-2011 гг.) равна 2.1 ± 0.4 млн. км^2 г^(-1), а соответствующие эмиссии СО2 в атмосферу Eg составляют 1.4 ± 0.2 ПгC г^(-1) (в обоих случаях указаны ансамблевые среднее и стандартные отклонение). Последнее значение хорошо согласуется с данными наблюдений. Однако отмечаются различия модельных результатов от данных наблюдений в ряде регионов. Модель занижает эмиссии СО2 в тропиках; в более высоких широтах она занижает эмиссии на северо-востоке Евразии и завышает их в Европе.
В XXI в. средняя по ансамблю Sg увеличивается на 13% (28%, 36%, 51%) при сценарии RCP 2.6 (RCP 4.5, RCP 6.0, RCP 8.5). Соответствующее увеличение средних по ансамблю Eg равно 14% (29%, 37%, 42%). В XXII-XXIII вв. при сценарии RCP 2.6 глобальные средние по ансамблю площадь выгорания и эмиссии СО2 в атмосферу немного уменьшаются. При остальных сценариях RCP они продолжают увеличиваться. Средняя по ансамблю Sg в 2300 г. больше своего значения в 2100 г. на 83% (44%, 15%) при сценарии RCP 8.5 (RCP 6.0, RCP 4.5). Соответствующее увеличение средних по ансамблю Eg составляет 31% (19%, 9%). Изменения характеристик природных пожаров в модели связаны в основном с соответствующими изменениями в бореальных регионах Евразии и Северной Америки. При сценарии RCP 8.5 рост площади выгорания и эмиссий СО2 в атмосферу в бореальных регионах, однако, сопровождаются их уменьшением в более низких широтах.
17 октября 2013 г., 17:15
Кобельков Г.М., Друца А.В.
(Механико-математический факультет МГУ)
О ЧИСЛЕННОМ РЕШЕНИИ УРАВНЕНИЙ ДИНАМИКИ МЕЛКОЙ ВОДЫ
Рассматриваются различные математические модели (линейные и
нелинейные, с переменной глубиной, в сложных областях, в сферической и декартовой системах координат), описывающие динамику мелкой воды. Предложены численные методы решения рассматриваемых уравнений. Все методы протестированы на большом количестве примеров, что показывает их высокую
эффективность.
3 октября 2013 г., 17:15
В.М.Степаненко, Д.Г.Чечин
(НИВЦ МГУ, Институт физики атмосферы РАН имени А.М.Обухова)
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧИСЛЕННОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ
В докладе предлагается обзор ключевых текущих проблем численного прогноза погоды в Арктике. В частности, обсуждаются заключения экспертных групп воркшопа по полярным прогнозам, организованного ECMWF совместно с WWRP/THORPEX в Рединге (Англия, июнь 2013 г.). В соответствии с этими заключениями, основное внимание в докладе уделено параметризациям слоистообразной облачности, устойчиво стратифицированного приземного слоя, потоков энергии и импульса с неоднородной поверхности. Кроме того, рассматриваются некоторые аспекты численного прогноза интенсивных атмосферных циркуляций в высоких широтах.
16 мая 2013 г., 17:15
А.Л.Бондаренко, В.С.Щевьев
(Институт водных проблем РАН)
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ ТЕПЛОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ
Тепловое взаимодействие океана и атмосферы происходит при наличии разности температуры поверхностного слоя воды океана и приводного слоя воздуха атмосферы. Чтобы существовал поток тепла между океаном и атмосферой, должны существовать механизмы, изменяющие температуру воздуха или воды контактной зоны океан – атмосфера. В основном это механизмы движения воды в вертикальном направлении, обеспечивающие поступление воды с температурой отличной от температуры контактной зоны океана и атмосферы. Считается, что это может быть турбулентность океанских течений или ветровых волн, подъём и опускание воды в ветровых апвеллингах и даунвеллингах, волны Лянгмюра. Эти механизмы взаимодействия не изучены и экспериментально не обоснованы.
Автором выполнены исследования и установлено, что основным механизмом, обеспечивающим взаимодействие океана и атмосферы, являются вертикальные движения воды долгопериодных волн Россби. Эти волны определяют температурный режим вод океана и его поверхности, и через посредство потоков тепла участвуют во взаимодействии океана и атмосферы. На примере развития явления Эль-Ниньо – Ла-Нинья строго доказательно показано, что изменение температурного режима вод океана и его поверхности осуществляется в основном волнами Россби. Так же показано, что температура поверхности воды в фиксированной точке океана зависит от параметров волн Россби. Установлена зависимость температуры поверхности океана от параметров волн Россби, вертикальных движений воды с коэффициентом корреляции ~ 0,9. Это указывает на то, что изменения температурного режима вод океана определяется в основном волнами Россби, а прочие факторы оказывают крайне незначительное влияние.
28 марта 2013 г., 17:15
Е.М. Гусев
(Институт водных проблем РАН)
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОВЕРХНОСТИ СУШИ С АТМОСФЕРОЙ SWAP И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЕ К РЕШЕНИЮ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
14 марта 2013 г., 17:15
Ю.Д.Реснянский, А.А.Зеленько
(Гидрометцентр России)
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОГОДЫ И СОСТОЯНИЕ МОРСКОЙ СРЕДЫ -
ВЗАИМОЗАВИСИМОСТЬ И ВЗАИМОВЛИЯНИЕ
Прогнозирование погоды в обычном понимании этого слова (т.е. оценка ожидаемого в будущем состояния атмосферы) и состояния морской среды (все чаще называемого океанской погодой) оказываются тесно взаимосвязанными вследствие того, что атмосфера и океан представляют собой, по сути, две части единой системы, тесно взаимодействующие друг с другом. Эволюция океана зависит от контактирующей с ним атмосферы, а атмосфера испытывает сильное влияние потоков энергии от океана. Неотъемлемой частью современных методов метеорологических прогнозов, начиная со средних сроков в несколько суток, и вплоть до оценок возможных изменений климата на протяжении десятилетий, являются те или иные способы учета характеристик океанских вод. Причем, чем длиннее рассматриваемые временные масштабы, тем более глубокие слои океанских вод оказываются вовлеченными во взаимодействие с атмосферными процессами. Наиболее полный учет обратных связей в системе океан–атмосфера осуществляется в совместных моделях атмосферы и океана, разработка которых ведется как для численного прогноза погоды, так и для изучения климатических изменений. В свою очередь, оценка состояния морской среды, невозможна без использования метеорологических данных. Подготовка информации, диагностической и прогностической, о меняющемся состоянии морской среды составляет задачу оперативной океанографии. Задачи оперативной океанографии решаются с помощью морских информационно-прогностических систем.
В докладе рассматриваются современные подходы к прогнозированию погоды и состояния морской среды. Сообщаются сведения о построении и основных компонентах морских информационно-прогностических систем. Приводятся примеры выходной продукции. Обсуждаются проблемы долгосрочных метеорологических прогнозов в контексте использования информации о состоянии океана.
21 февраля 2013 г., 17:15
М.В.Курганский
(Институт физики атмосферы имени А.М.Обухова РАН)
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ВИХРЬ И СПИРАЛЬНОСТЬ ВО ВЛАЖНОЙ АТМОСФЕРЕ
Теорема Эртеля о вихрях и общее уравнение баланса спиральности поля скорости применяются к анализу (обратимых) адиабатических вихревых винтовых движений (ненасыщенного и насыщенного) влажного воздуха и уточняются условия спонтанного усиления (генерации) спиральности, имея в частности в виду возможные приложения к проблеме зарождения торнадо и водяных смерчей. Полученные результаты критически сопоставлены со случаем сухой атмосферы. Некоторым из уравнений дана форма механики Намбу, являющейся определенным обобщением гамильтоновой механики. Вкратце рассмотрен механизм роста спиральности за счет выделения скрытой теплоты при псевдоадиабатическом процессе во влажном воздухе, сопровождающемся выпадением сконденсированной влаги.
20 декабря 2012 г., 17:15
Гордов Е.П., Лыкосов В.Н., Крупчатников В.Н., Окладников И.Г., Титов А.Г., Шульгина Т.М.
(Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН и Томский госуниверситет, gordov@scert.ru; НИВЦ МГУ и ИВМ РАН; СибНИГМИ)
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЙ ПЛАТФОРМЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ WEB-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВЕННО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА В ОДНОЙ ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ КОНКРЕТНЫХ ПРИКЛАДНЫХ ОБЛАСТЯХ НАУК ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Современный уровень развития инструментов наблюдения за состоянием окружающей среды и климатических моделей, превращающихся в модели системы Земля высокого разрешения, приводит к непрерывному росту объемов данных, необходимых для мониторинга и прогнозирования хода сложных механизмов влияния меняющегося климата на состояние окружающей среды. Объемы хранилищ таких данных уже близки к петабайтному уровню, а по уровню затрат и энергопотреблению они уже становятся сравнимыми с крупными производствами, что делает невозможным продолжение исторически сложившейся обработки и анализа климатических данных «за рабочим столом» исследователя. Хотя в последнее время тематические хранилища данных снабжаются простейшими инструментами визуализации и анализа, эти средства могут только облегчить понимание состава и уровня соответствующего тематического архива.
Единственным ответом на этот вызов является создание междисциплинарных распределенных, обладающих ГИС-функциональностью, информационно-вычислительных веб-систем для обработки и анализа больших массивов пространственно-привязанных экологических, метеорологических и климатических данных. Наличие таких систем особенно важно для интегрированных междисциплинарных научных исследований в области климато-экологического мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды. Здесь, по сути, нужна специализированная программно-аппаратная инфраструктура, обеспечивающая доступ и комплексный анализ пространственно-привязанных геофизических данных метеонаблюдений, моделирования, данных дистанционного зондирования, а также результатов их обработки. Присущая исследованиям по окружающей среде распределенность и междисциплинарность требует обеспечения возможности оперативной работы с результатами, данными и моделями, полученными специалистами в смежных областях и территориально- удаленных организациях.
Кроме того, изменившаяся специфика наук об окружающей среде требует нового подхода к подготовке новых кадров. В науках об окружающей среде проблема подготовки научной смены обострена необходимостью освоения новых вычислительно-информационных технологий и навыков работы в распределенных междисциплинарных коллективах. Основой подготовки здесь должна служить создаваемая на базе современных информационно-телекоммуникационных технологий программная инфраструктура для информационно-вычислительной поддержки интегрированных научных исследований в области наук о Земле. Именно эти системы должны использоваться для обучения студентов и аспирантов соответствующих специальностей навыкам работы с современными моделями, результатами наблюдений и численного моделирования.
Сообщается о созданной, при поддержке ФЦП «Приоритеты», для решения этих задач программной основе для разработки программно-аппаратной платформы, обеспечивающей функционирование web-ориентированного производственно-исследовательского центра в одной или нескольких конкретных прикладных областях наук об окружающей среде. Разработка обеспечивает реализацию современных концепций web 2.0 (группы пользователей, форумы, wiki и др.), возможность доступа к прикладным моделям, базам данных, средствам визуализации (анимации), совместной разработки приложений распределенными коллективами, проведения научных исследований на основе этих приложений, а также организации обучения студентов и аспирантов.
Созданная на этой основе информационно-вычислительная веб-ГИС система Климат предоставляет возможность для вычислительной обработки и визуализации больших массивов геофизических данных через унифицированный веб-интерфейс. В нее включены: данные метеорологических наблюдений и глобального и регионального климатического моделирования, размещенные в высокопроизводительном распределенном хранилище данных, метеорологическая модель Weather Research and Forecasting (WRF) и глобальная модель промежуточной сложности «Planet Simulator».
Первые результаты использования веб-ГИС системы Климат для исследований современных климатических изменений в Сибири и для обучения студентов и аспирантов профильных специальностей уже показали ее эффективность. В частности, проведен анализ текущих региональных климатических изменений и их прогнозируемых на столетие тенденций (на примере Сибири) с использованием данных наблюдений и моделирования, и оценка динамики общего и экстремального поведения метеорологических величин в регионе; а также проведено исследование образовательного потенциала созданного ЭО Платформы и оценка возможности применения результатов НИР в образовательном процессе для обучения студентов и аспирантов
Разработанный экспериментальный образец (ЭО) программно-аппаратной Платформы, в целом, обеспечивает функционирование web-ориентированного производственно-исследовательского центра в области исследования изменений регионального климата и дает основу для организации обучения студентов и аспирантов по этому направлению. Полученные результаты создают основу для создания подобных систем для других тематических направлений, имеющих дело с обработкой и анализом пространственно-привязанных данных.
6 декабря 2012 г., 17:15
Д.Г.Чечин
(Институт физики атмосферы РАН имени А.М.Обухова,
Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ)
ИДЕАЛИЗИРОВАННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХОЛОДНЫХ ВТОРЖЕНИЙ В АРКТИКЕ
С помощью трехмерного численного моделирования с горизонтальным шагом сетки от 1.25 до 60 км исследована мезомасштабная изменчивость метеорологических параметров во время холодных вторжений (ХВ) в Арктике. Несмотря на идеализированную постановку задачи, результаты моделирования хорошо согласуются с данными наблюдений в проливе Фрама. Показано, что важной чертой ХВ является наличие низкоуровнего струйного течения ледового бриза (СТЛБ), скорость ветра внутри которого часто превосходит скорость крупномасштабного геострофического ветра. Численные эксперименты показали, что появление, амплитуда и горизонтальный масштаб СТЛБ L сильно зависят от внешних параметров и особенно от направления крупномасштабного потока по отношению к ориентации кромки льда. Рассмотрены некоторые аспекты физического механизма СТЛБ. В частности, показана определяющая роль бароклинности внутри атмосферного пограничного слоя, которая связана с его прогревом. Показано, что грубое пространственное разрешение приводит к недооценке амплитуды СТЛБ, а также турбулентных потоков тепла и импульса на поверхности океана. Занижение потоков тепла и импульса составляет в среднем 10-15% в области от кромки льда до 120-180 км вниз по потоку. Результаты экспериментов указывают на то, что для воспроизведения амплитуды СТЛБ с точностью 10% необходим горизонтальный шаг сетки менее L/7. Недооценка амплитуда СТЛБ и потоков тепла и импульса во время ХВ может иметь существенный эффект на тепловой баланс в районе кромки льда и на интенсивность перемешивания в вернхем слое океана, начало и протекание глубокой конвекции.
22 ноября 2012 г., 17:15
Е.В.Мортиков
(Институт океанологии имени П.П.Ширшова РАН,
Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ)
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЛЬДА В СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ
В докладе рассматривается численное моделирование движения ледяного киля в двухслойной стратифицированной жидкости для условий, согласованных по числу Фруда с данными наблюдений в Северном Ледовитом океане. Для воспроизведения перемещения модели киля на прямоугольной сетке используется метод погруженной границы. Приводятся результаты расчета силы сопротивления для различных моделей ледяных килей в диапазоне чисел Фруда и сравнение с данными лабораторных экспериментов. Показано, что сила сопротивления в стратифицированной жидкости является нелинейной функцией числа Фруда и скорости движения киля и имеет выраженные точки минимума и максимума.
8 ноября 2012 г., 17:15
В.Н.Крыжов
(Гидрометцентр России)
ВЕРОЯТНОСТНЫЙ СЕЗОННЫЙ ПРОГНОЗ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
В докладе приводятся результаты исследований низкочастотной изменчивости общей циркуляции атмосферы, направленных на повышение качества сезонных прогнозов большой заблаговременности для внетропических широт на основе усовершенствования методов интерпретации гидродинамических модельных прогнозов с учетом эмпирически установленных связей метеорологических величин. Анализируются связи зимней зональной циркуляции и метеорологических величин на ЕТР на различных временных масштабах. Показана связь ноябрьской температуры воздуха на ЕТР с фазой арктической осцилляции в предшествующую зиму, объясняющая понижение ноябрьской температуры воздуха 1970-х – 1990-х годов и последующее ее повышение. Продемонстрирована связь полярности зимнего индекса арктической осцилляции с предшествующей октябрьской конфигурацией европейско-азиатской ветви арктического фронта. Анализируются методы вероятностной интерпретации мультимодельных ансамблевых сезонных прогнозов, в том числе метод глобального вероятностного мультимодельного прогноза на основе комплексации прогнозов моделей с неравными и непропорциональными размерами ансамблей в исторических и текущих прогнозах и регрессионный метод региональной детализации мульти- и одномодельных ансамблевых прогнозов с вероятностной интерпретацией на основе расчета суммарной неопределенности прогноза, связанной с погрешностями регрессии и разбросом ансамбля. Представлены методы детализации глобальных ансамблевых прогнозов атмосферного давления модели ПЛАВ Гидрометцентра России для расчета вероятностного прогноза зимней температуры воздуха на территории Северной Евразии.
25 октября 2012 г., 17:15
А.В.Сетуха
(Научно-исследовательский вычислительный МГУ)
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ВИХРЕВЫМ МЕТОДОМ
В докладе излагается вариант вихревого метода расчета трехмерного отрывного обтекания тел в рамках модели идеальной несжимаемой жидкости. В этом методе поверхности обтекаемых тел аппроксимируются вихревыми слоями, интенсивности которых находятся численно из условия непротекания твердых поверхностей. Предполагается, что на заданных линиях происходит отрыв потока, в результате чего образуется вихревой след, развитие которого моделируется на основе уравнений переноса завихренности в идеальной жидкости. Особенностью варианта метода, развиваемого автором, является комбинированное использование замкнутых вихревых рамок и изолированных вихревых отрезков для аппроксимации вихревых структур, а также вычисление поля давлений на основе аналога интеграла Коши-Лагранжа для вихревых течений, предложенного Дынниковой Г.Я.
Рассмотрено приложение данного подхода к задачам аэродинамики зданий и сооружений: производится анализ актуальных прикладных задач, иллюстрируются возможности их решения указанным методом.
11 октября 2012 г., 17:15
Н.Е.Чубарова
(Географический факультет МГУ)
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ РАДИАЦИИ
Ультрафиолетовая (УФ) радиация оказывает значительное воздействие на природную среду и здоровье человека. В докладе показаны основные направления исследований УФ радиации. Обсуждаются результаты многолетних спутниковых и наземных измерений, включая данные наблюдений метеорологической обсерватории МГУ, а также результаты модельных расчетов. Показаны основные спектральные различия в действии разных атмосферных параметров на УФ радиацию по сравнению с их воздействием на радиацию в видимом спектральном диапазоне. В частности, показаны особенности ослабления УФ радиации дымовым аэрозолем. Представлены методы реконструкции УФ радиации и полученный по данным реконструкции характер многолетней изменчивости УФР. Обсуждается методика определения УФ ресурсов на основании данных расчетов биологически активной УФ радиации с использованием различных кривых биологического действия. Разработана уточненная классификация УФ ресурсов, на основании которой оцениваются естественные ареалы УФ недостаточности, избыточности и условий УФ оптимума для территории северной Евразии с разрешением 1 градус для различных сезонов года в реальных атмосферных условиях с учетом распределения аэрозоля, альбедо поверхности, общего содержания озона и эффективного облачного пропускания.
27 сентября 2012 г., 17:15
М.В.Курганский
(Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН)
ПРОСТЫЕ МОДЕЛИ СПИРАЛЬНЫХ ВИХРЕЙ
В БАРОКЛИННОЙ АТМОСФЕРЕ
Рассматриваются два различных асимптотических решения невязких уравнений Буссинеска с предписанным полем плавучести, которые описывают возможное обобщение классического вихря Рэнкина на случай бароклинной жидкости. В обоих случаях относительное распределение компонент скорости жидкости не меняется с высотой (гипотеза автомодельности). Первое вихревое решение демонстрирует монотонный рост с высотой радиуса вихревого ядра, который становится бесконечным на некоторой предельной высоте, и соответствующее ослабление вертикальной компоненты завихренности в ядре вихря. Второе решение схематизирует вихревое ядро как перевернутый конус (раскрывающийся кверху) с малой угловой апертурой. Эти идеализированные вихри «погружаются» в конвективно-неустойчивый атмосферный пограничный слой и полученные приближенные решения используются для определения максимальной тангенциальной скорости в вихре. Обе модели предсказывают существенно одну и ту же зависимость максимальной скорости ветра от «вращательного отношения» (отношения максимальной тангенциальной скорости к средней вертикальной скорости в основном восходящем потоке в ядре вихря). Где это применимо, детально проанализирован баланс спиральности в вихрях.
17 мая 2012 г., 17:15
Г.М.Кобельков
(Механико-математический ф-т МГУ,
Институт вычислительной математики РАН)
О СУЩЕСТВОВАНИИ РЕШЕНИЯ "В ЦЕЛОМ"
ДЛЯ УРАВНЕНИЙ ДИНАМИКИ ОКЕАНА
Для системы уравнений в частных производных, описывающей крупномасштабную динамику океана, доказана теорема существования решения “в целом”. А именно, доказано, что для любого достаточно гладкого начального условия, любого коэффициента вязкости и любого интервала времени существует сильное решение в ограниченной области по пространству. При этом норма L_2 градиента решения непрерывна по времени.
12 апреля 2012 г., 17:15
В.М.Хан, Р.М. Вильфанд
(ФГБУ "Гидрометцентр России")
РАЗВИТИЕ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ МЕТОДОВ ДОЛГОСРОЧНОГО МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ЕГО АДАПТАЦИЯ К ТРЕБОВАНИЯМ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Работа посвящена исследованию определенного круга научных вопросов, возникающих в связи с общей задачей повышения надежности и эффективного использования долгосрочных метеорологических прогнозов (ДМП). Рассмотрена последовательность расчета и реализации прогноза, от отбора и подготовки входных данных до особенностей применения результатов прогнозирования к решению конкретных практических задач. Поскольку в настоящее время едва ли не главным информационным источником для подготовки ДМП служат реанализы, внимание уделено особенностям применения сеточных полей метеоэлементов (температура и влажность воздуха, характеристики снежного покрова) из различных существующих продуктов реанализов для решения задач ДМП, а также сопоставлению реанализов между собой и с данными наблюдений. Показано, что современные продукты реанализа на глобальных регулярных сетках, как правило, могут использоваться в качестве полей предикторов и входных данных гидродинамических моделей при долгосрочном прогнозировании. Однако применимость реанализов в этих целях меняется в широких пределах в зависимости от прогнозируемой величины, рассматриваемых масштабах изменчивости, географического региона и изобарической поверхности. Исследована связь долгосрочной предсказуемости с крупномасштабными характеристиками подстилающей поверхности (такими, как снежный покров) и циркуляционными факторами атмосферы (квазистационарная циркуляция, блокинги) и сделаны выводы о высоком прогностическом потенциале характеристик снежного покрова в Сибири и долгоживущих (более десяти дней) блокирующих антициклонов для задач ДМП. В ходе вычислительных экспериментов с отечественными глобальными гидродинамическими моделями (Гидрометцентра РФ/ИВМ РАН и ГГО) и зарубежными моделями, используемыми в работе Азиатско-Тихоокеанского Климатического центра обосновано улучшение качества долгосрочного прогнозирования при применении мультимодельного подхода. Также показано, в частности, что учет мастерства моделей весовыми коэффициентами как метод комплексации прогноза в настоящее время не приводит к значимому улучшению его успешности. Расширение возможностей и повышение эффективности решений задач энергетики и подразделений лесного хозяйства за счет более полного использования климатической информации продемонстрировано на практических разработках в данной работе. Внедрения ДМП в сфере теплоэнергетики реализована в виде методики оценки прогнозирования параметра ГСОП (градус-сутки отопительного периода), характеризующего потребность в отоплении и методики прогнозирования лесной пожарной опасности на долгие сроки c учетом прогностической информации моделей ПЛАВ (Россия) и СFS(США). Такой подход – адаптация прогностической климатической информации к нуждам пользователей - является одним из важных направлений на пути дальнейшего повышения качества климатического и прогностического обслуживания потребителей.
5 апреля 2012 г., 17:15
Ибраев Р.А. (ИВМ РАН), Калмыков В.В. (МГУ), Ушаков К.В. (ИО РАН), Хабеев Р.Н. (МГУ)
ВИХРЕРАЗРЕШАЮЩАЯ 1/10 ГРАДУСА МОДЕЛЬ МИРОВОГО ОКЕАНА: ФИЗИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
22 марта 2012 г., 17:15
А.Ю.Юрова (Гидрометцентр России, НИВЦ МГУ)
ДИНАМИКА ПРОДУКТИВНОСТИ РИСОВЫХ ПОЛЕЙ И ЕЕ СВЯЗЬ С ЛОКАЛЬНЫМИ УСЛОВИЯМИ КЛИМАТА
В ходе работ в ФГБУ "Гидрометцентр России" были получены результаты, демонстрирующие, что источники влаги на поверхности, такие как болота, могут существенным образом менять температуру воздуха в регионе, где они занимают значительные площади. В Азиатско-Тихоокеанском секторе
роль болот выполняют заливные рисовые поля, и в ходе данной работы исследовалась влияние локального охлаждения на продуктивность риса в Азии. Расчеты с помощью разработанной в Международном Институте Риса модели ORYZA продемонстрировали, что величина и даже знак трендов
продуктивности риса могут меняться при условии, что температура воздуха модифицируется в соответствии с локальными особенностями, а не берется непосредственно из моделей общей циркуляции атмосферы грубого разрешения. Охлаждающий эффект рисовых полей следует, наряду с их
биохимическим эффектом, учитывать при планировании землепользования в меняющихся условиях климата. Также исследовалась динамики затрат воды на орошения, как в терминах абсолютных величин водопотребления, так и
по отношению к стоку рек и возобновляемым ресурсам грунтовых вод.
16 февраля 2012 г., 17:15
Сидоренков Н.С.
(Гидрометцентр России)
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ ДЕКАДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА
24 ноября 2011 г., 17:15
Володин Е.М.
(Институт вычислительной математики РАН)
МОДЕЛИ КЛИМАТА ИВМ РАН
Рассматриваются различные версии модели климата ИВМ РАН, в том числе INMCM3, которая участвовала в проекте CMIP3 в 2003-2004г., INMCM4, участвующая в проекте CMIP5, модель земной системы с включением химии атмосферы. Представлены результаты моделирования современного климата, его изменения в 19-21 веках под действием изменения внешних воздействий, в том числе геоинженерных, возможности модели в воспроизведении естественных колебаний климата. Обсуждаются принципы построения климатических моделей.
10 ноября 2011 г., 17:15
Толстых М.А.
(Институт вычислительной математики РАН
и Гидрометцентр России)
ЧИСЛЕННЫЙ ПРОГНОЗ ПОГОДЫ С ЗАБЛАГОВРЕМЕННОСТЬЮ ОТ ДНЯ ДО СЕЗОНА
В докладе приводится обзор современного состояния и планов развития глобальных моделей атмосферы, предназначенных для детерминистического прогноза погоды с заблаговременностью до недели и вероятностного прогноза месячных и сезонных аномалий метеопараметров. Представлена глобальная полулагранжева модель атмосферы ПЛАВ, результаты ее применения для среднесрочных и сезонных прогнозов. Описывается совместная модель атмосферы и океана на основе модели ПЛАВ и сигма-модели океана ИВМ РАН. Показываются первые результаты применения совместной модели атмосферы и океана для исторических сезонных прогнозов.
13 октября 2011 г., 17:15
Курганский М.В.
(Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН)
СКОБКИ НАМБУ В ГИДРОМЕХАНИКЕ И МАГНИТНОЙ ГИДРОДИНАМИКЕ
Даны конкретные примеры построения скобок Намбу для уравнений движения (как двумерных, так и трехмерных) расслоенной жидкости в приближении Буссинеска, а также для уравнений магнитогидродинамики. Эта конструкция служит обобщением Гамильтонова формализма для рассматриваемых уравнений движения. Предложены две альтернативные формы скобок Намбу, первая из которых использует для своего построения кинематическую спиральность (для трехмерных течений) и энстрофию (в двумерном случае), а вторая использует существующие законы сохранения уравнений движения.
29 сентября 2011 г., 17:15
Яковлев Н.Г.
(Институт вычислительной математики РАН)
ОСОБЕННОСТИ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «ОКЕАН-ЛЕД» СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА
И ПРОБЛЕМЫ ЕЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ В СОВРЕМЕННЫХ ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЯХ
Современные численные модели достигли замечательных
успехов в воспроизведении состояния Северного Ледовитого
океана. Иногда создается впечатление, что дальнейший
прогресс в решении задачи связан исключительно с
совершенствованием вычислительных технологий – либо
использование высокого разрешения в моделях,
реализованных на вычислительных системах с большим числом
процессоров, либо применение технологий, основанных на
неравномерных по пространству дискретизациях. Между тем
Северный Ледовитый океан имеет ряд физических
особенностей, создающих принципиальные трудности при его
моделировании: малый радиус деформации Россби, конвекция
на открытой воде и подо льдом, сильная стратификация по
вертикали, динамика морского льда. В докладе обсуждаются
некоторые из таких проблем и особенности их описания в
современных и перспективных климатических моделях.
12 мая 2011 г., 17:15
Гордов Е.П.
(Сибирский центр климато-экологических исследований и образования, Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН,
Томский филиал Института вычислительных технологий СО РАН)
РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ СБОРА, ХРАНЕНИЯ И АНАЛИЗА ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Исследование региональных проявлений глобальных климатических процессов требует создания современной информационно-вычислительной инфраструктуры сбора, хранения и анализа геофизических данных. Она должна включать в себя непрерывно пополняемые архивы глобальных и региональных метеорологических данных (центры данных), инструментарий для комплексного анализа гео-привязанных данных с использованием апробированных методик (вычислительный модуль) и создание интегрирующей программной веб-ГИС среды, необходимой как для организации процесса анализа, так и для получения его результатов (информационно-вычислительной веб-ГИС стстемы). В докладе сообщается о первых элементах такой инфраструктуры, создаваемой для Интегрированного регионального исследования Сибири (ИРИС).
Анализируется ситуация с имеющимися данными. Описано современное состояние проекта «Сибирского» реанализа – вычисления, на основе мезомасштабной метеорологической модели WRF и системы усвоения метеорологических полей высокого разрешения для территории Сибири для второй половины прошлого столетия.
Для стандартизации анализа и уменьшения рутинной компоненты работы создан специализированный вычислительный модуль комплексного анализа временных рядов пространственно - распределенных данных об окружающей среде, являющийся одним из компонентов разрабатываемой информационно-вычислительной веб-ГИС системы. В нем реализован набор вычислительных процедур, позволяющий проводить комплексное исследование поведения метеорологических и климатических характеристик, как на глобальном, так и на региональном уровне. Результаты вычислений могут быть представлены как графически, в виде карт поверхности, временных рядов или диаграмм, так и в виде файла в выбранном формате.
Представлена разрабатываемая информационно-вычислительная система, ориентированная исследование климатических изменений в выбранном регионе. Эта система позволяет проводить обработку и анализ больших архивов метеорологических данных, полученных, как в результате локальных и дистанционных наблюдений, так и из численного моделирования. Функциональные возможности системы представлены набором процедур для обработки, математического и статистического анализа и визуализации данных. Доступный для обработки архив к настоящему моменту включает основные реанализы и данные наблюдений на метеостанциях для территории Сибири. Веб-система обеспечивает доступ к данным и их обработку, а также визуализацию результатов и сопутствующей картографической информации через сеть Интернет. Программная инфраструктура является модульной и позволяет расширять функциональные возможности веб-системы как силами разработчиков, так и квалифицированных пользователей.
Разрабатываемая информационно-вычислительная инфраструктура дает специалистам из различных научных областей возможность выполнять анализ разнообразных пространственно-привязанных геофизических данных и получать надежные результаты, что позволит широкому кругу исследователей, не обладающих специальными навыками в программировании, сконцентрироваться на решении конкретных задач. Кроме того, она может использоваться в процессе анализа и представления результатов моделирования метеорологических прогнозов и подготовки современных метеорологов.
28 апреля 2011 г., 17:15
Агошков В.И., Залесный В.Б.
(Институт вычислительной математики РАН)
ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ И
ЗАДАЧИ ВАРИАЦИОННОЙ АССИМИЛЯЦИИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
ДЛЯ СЛОЖНЫХ МОДЕЛЕЙ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ ГИДРОДИНАМИКИ
14 апреля 2011 г., 17:15
Степаненко В.М.
(Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ,
Географический факультет МГУ)
МОДЕЛИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ
ДИНАМИКИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ
В ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
Доклад посвящен проблеме моделирования процессов углеродного цикла, происходящих в зоне вечной мерзлоты. Основное внимание уделено процессам, приводящим к эмиссии метана и динамике его в атмосфере. Поскольку развитие соответствующих моделей, основанных на явном воспроизведении упомянутых процессов, во многом определяется доступными для их верификации данными наблюдений, приведен краткий обзор существующих видов наблюдений. Среди видов наблюдений за динамикой парниковых газов особое внимание уделяется наземным контактным методам (метод камер, метод ковариации турбулентных пульсаций), а также технологиям восстановления атмосферных концентраций газов по спутниковым данным. В качестве основных естественных источников метана на подстилающей поверхности в зоне вечной мерзлоты рассматриваются болота, озера и газогидраты на дне морей Арктики. Рассмотрено состояние проблемы моделирования этих источников. Предложен новый подход к оценке суммарного потока газа (например, метана) с больших площадей подстилающей поверхности с привлечением данных спутниковых наблюдений и реанализа. Обсуждается развитие модели деятельного слоя суши с подробным описанием процессов углеродного цикла для климатических моделей сверхвысокого (1 - 10 км) пространственного разрешения.
24 марта 2011 г., 17:15
Демченко П.Ф. (Институт физики атмосферы РАН),
Кислов А.В. (МГУ, Географический факультет, кафедра метеорологии и климатологии)
СТОХАСТИЧЕСКАЯ ДИНАМИКА ПРИРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ:
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
(презентация монографии)
Хаотическое поведение различных природных объектов исследуется с единых позиций. «Объекты» выбраны из геофизики. Таковыми считается и вся планета в целом, когда исследуется неравномерность ее вращения; и глобальная климатическая система, в случае изучения вариаций климата; это и озера - при анализе динамики уровней воды, и ледники - при исследовании вариаций их размеров; это деятельные слои суши и океана при исследовании колебаний влагозапасов почвы, изменчивости температуры и солености приповерхностных морских вод. В каждом случае авторы используют один и тот же аппарат стохастических дифференциальных уравнений и неравновесной статистической механики.
Для описания флуктуаций природных объектов будут рассматриваться не все существующие стохастические методы, а только связанные с применением теории броуновского движения. Основой для ее применения к природным объектам является возможность разделения совокупности флуктуаций их динамики на «быстрые» и «медленные». Простейшим (но широко распространенным) примером математического аппарата является линейное уравнение Ланжевена. В случае, когда характерные времена собственной эволюции медленных и быстрых переменных не отличаются принципиально, дифференциальные уравнения Ланжевена трансформируются в интегро-дифференциальные обобщенные уравнения Ланжевена.
Для расчета изменчивости быстрой подсистемы с учетом низкочастотной изменчивости (инициированной быстрыми флуктуациями!) развиваются представления о эквивалентной стохастической системе.
10 марта 2011 г., 17:15
М.В. Курганский
(Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН)
ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРНЫХ ПЫЛЕВЫХ ВИХРЕЙ В ПУСТЫНЕ АТАКАМА
Доложены результаты двух экспедиционных исследований пылевых вихрей в пустыне Атакама в Южной Америке (20º ю.ш.), проведенных в 2009 году. Наблюдалось рекордно большое число пылевых вихрей, однако отмечена чувствительность числа вихрей к изменению локальных микрометеологических условий, особенно к средней скорости ветра. Обнаружена высокая корреляция между числом наблюденных пылевых вихрей и абсолютной величиной масштаба Обухова L, вычисляемой на основе метеорологических градиентных измерений, причем выявлена четкая тенденция к увеличению числа вихрей с уменьшением L. Найдены верхние критические значения масштаба Обухова L=20-30 м и средней скорости ветра на двухметровой высоте, V2m=8 м/сек, при превышении которых пылевые вихри не наблюдаются. Однако, нижнего критического значения скорости ветра V2m по нашим наблюдениям не существует. Представлены результаты «погони» за отдельными пылевыми вихрями, включая анализ инфракрасных изображений «перехваченных» вихрей с теплым вихревым ядром. Обсуждается применимость идеализированных гидродинамических моделей вихрей к анализу наблюденных атмосферных пылевых вихрей.
24 февраля 2011 г., 17:15
Г.С. Ривин
(Гидрометцентр России; МГУ, Географический факультет)
ОПЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА МЕЗОМАСШТАБНОГО ПРОГНОЗА ПОГОДЫ COSMO-RU
В докладе предполагается дать описание оперативной системы краткосрочного прогноза погоды, включающей негидростатическую мезомасштабную модель атмосферы (область определения решения системы содержит территорию от границы Франции до Новосибирской области; сетка содержит 700 * 620 * 40 узлов, шаг сетки по горизонтали равен 7 км) и 7-уровенную модель процессов в почве. Предполагается также описать использованную систему координат, дать краткую информацию о динамическом и физическом блоках модели атмосферы, привести метод нахождения решения соответствующей конечно-разностной схемы, указать способ распараллеливания на суперкомпьтере с использованием 1024 процессорах для организации параллельных вычислений, привести оценки эффективности распараллеливания, результаты расчетов и качества прогнозов, обсудить планы на будущее.
10 февраля 2011 г., 17:15
С.И. Дубинский
(Московский государственный строительный университет)
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ВЫСОТНЫЕ ЗДАНИЯ И КОМПЛЕКСЫ
Поскольку существующие нормативные документы и методики не в полной мере отражают специфику ветровых воздействий на высотные здания и их комплексы (прежде всего, в условиях их компактного расположения и интерференции) разработана методика расчета нормативных параметров ветровых воздействий (средней и пульсационной составляющих нагрузок на несущие конструкции, пиковых давлений на ограждающие конструкции, уровня пешеходной комфортности) на высотные здания и их комплексы на базе численного решения стационарных и нестационарных трехмерных уравнений гидрогазодинамики (Навье-Стокса в приближении Рейнольдса, модели турбулентности RANS, URANS и DES) с дискретизацией методом конечных объемов, позволяющая адекватно учитывать важные факторы – направления и профиль ветровых потоков, рельеф местности, окружающую застройку и последовательность возведения комплексов.
Разработанная методика реализована в форме специализированного программного модуля WINDLOAD/CFX к выбранному, в качестве базового, универсальному программному комплексу ANSYS – ANSYS CFX. Для решения большеразмерных задач используются эффективные параллельные вычисления кластерной организации.
Проведена верификация разработанной методики и ее программной реализации на основе сравнения с результатами испытаний моделей в аэродинамических трубах (тестовые модели, комплекс “Федерация” и МФК “Сити-Палас” в ММДЦ “Москва-Сити” и др.) и с данными натурных замеров для группы высотных зданий в реальной застройке (микрорайон Синдзюку, Токио, Япония). Установлена приемлемая для практики точность результатов расчета средней составляющей ветровых нагрузок для зданий сложных форм (расхождение с имеющимися экспериментальными данными не более 15-20%).
Разработанная методика использована для трехмерных стационарных и нестационарных расчетов ветровых нагрузок на несущие и ограждающие конструкции и оценки пешеходной комфортности ряда проектируемых и строящихся высотных комплексов (сооружения ММДЦ "Москва-Сити", МФК “Газойл-Сити” , ЖК "Дирижабль", ЖК “Зодиак”, ЖК “Аквамарин”), а также комплекса зданий МГСУ. Выявлен и проанализирован ряд реальных аэродинамических эффектов (включая интерференцию), которые не определяются при применении действующих нормативных методик. Предложена и реализуется структура системы мониторинга высотных зданий/комплексов с учетом одновременного замера характеристик ветра и перемещений/ускорений, базирующаяся на разработанной методике.
Рассмотрено применение методики к анализу динамики и прочности высотных, транспортных и большепролетных сооружений при ветровом воздействии.
9 декабря 2010 г., 17:15
О.Э. Мельник
(НИИ механики МГУ)
МЕТОДЫ ГИДРОМЕХАНИКИ В ВУЛКАНОЛОГИИ
В докладе будет дан обзор отечественных и зарубежных работ, применяющих методы механики сплошных сред к моделированию процессов в вулканических системах.
Будут рассмотрены задачи течения магмы в канале вулкана при различных типах извержений, моделирование роста лавовых куполов и течения лавовых потоков, распространения пепловых туч в атмосфере.
25 ноября 2010 г., 17:15
В. Крупчатников
(СибНИГМИ Росгидромета, ИВМиМГ СО РАН)
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛОБАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ АТМОСФЕРЫ
К ИЗМЕНЕНИЯМ КЛИМАТА.
НАСТОЯЩЕЕ И ВОЗМОЖНОЕ БУДУЩЕЕ
Рассматриваются изменения структуры циркуляции атмосферы в разные сезоны, которые происходят в последние десятилетия, а также их возможные изменения в будущем при различных сценариях динамики климата: расширение ячейки Гадлея, связанное со сдвигом в направлении полюсов границ ячейки Гадлея (расширение зоны тропиков) и увеличением высоты тропопаузы; сдвиг к полюсу струи западного ветра в средних широтах и усиление тенденции к преобладанию положительной фазы Арктических Колебаний/Северо-Атлантических Колебаний; рост статической устойчивости в тропосфере.
11 ноября 2010 г., 17:15
И.К. Лурье
(Географический факультет МГУ)
ИННОВАЦИОННЫЕ КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ,
ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ И АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
21 ноября 2010 г., 17:15
А.В. Глазунов
(Институт вычислительной математики РАН, НИВЦ МГУ)
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СПЕКТРОВ
МЕЛКОМАСШТАБНОЙ АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ
8 апреля 2010 г., 17:15
Э.В. Переходцева
(Гидрометцентр России)
РАЗВИТИЕ ОПЕРАТИВНЫХ ОБЪЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ШКВАЛОВ И СМЕРЧЕЙ
ПО ТЕРРИТОРИИ РОССИИ НА ОСНОВЕ
СТАТИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОГНОЗА
25 марта 2010 г., 17:15
А.В. Друца
(Механико-математический факультет МГУ)
МЕТОД КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ
ДЛЯ РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УРАВНЕНИЙ
ДИНАМИКИ ПРИЛИВОВ
11 марта 2010 г., 17:15
А.Ю. Юрова
(Гидрометцентр России)
ПРИМЕНЕНИЕ МОДЕЛИ ГИДРОЛОГИИ БОЛОТА
В ПРОГНОЗЕ ПОГОДЫ И ОЦЕНКЕ
УГЛЕРОДНОГО БАЛАНСА
Часто встречающиеся в бореальной зоне и в особенности на территории Сибири болота существенно меняют влаго и теплообмен территории а также имеют специфический углеродный обмен. В докладе обсуждаются модификации сделанные в схеме поверхности глобальной полулагранжевой модели численнного прогноза погоды ПЛАВ с целью описания потоков тепла и влаги над заболоченными территориями. Представленны результаты, демонстрирующие, что удалось существенно уменьшить региональную ошибку прогноза приземной температуры за счет описания болот Сибири.
Также в докладе обсуждается как может быть связан углеродный баланс с уровнем грунтовых вод на болоте.
25 февраля 2010 г., 17:15
Ю.В. Василевский
(Институт вычислительной математики РАН)
КОНСЕРВАТИВНЫЕ И МОНОТОННЫЕ СХЕМЫ
ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЗАДАЧ ПЕРЕНОСА
В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ
В докладе рассматриваются две численные схемы для моделирования переноса примеси в неоднородной пористой среде. Первая схема основана на методе расщепления по физическим процессам, вторая схема является полностью неявной. Обе схемы обеспечивают второй порядок аппроксимации, неотрицательность решения, малую диссипативность, и применимы к задачам с полными тензорами диффузии и сеткам с многогранными ячейками.
Василевский Ю.В., Капырин И.В. Две схемы расщепления для нестационарной задачи конвекции-диффузии на тетраэдральных сетках, ЖВМиМФ, 48(8), (2008), Lipnikov K., Svyatskiy D., Vassilevski Yu. A monotone finite volume method
for advection-diffusion equations on unstructured polygonal meshes. J.Comp.Phys., 2010, to appear.
Уважаемые коллеги!
Доклад А. Сухинова, запланированный на 17 декабря,
перенесен не следующий год.
19 ноября 2009 г., 17:15
М.В. Сидорова
(Географический факультет МГУ)
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ РЕЧНОГО СТОКА В XXI ВЕКЕ
НА ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ РАВНИНЫ
Работа посвящена исследованию возможных изменений стока под воздействием глобального антропогенно обусловленного потепления климата. При этом оценивается не только изменения годового стока рек, предпринята попытка оценить изменение внутригодового распределения стока (а конкретно – объема весеннего половодья) и характеристики межгодовой изменчивости стока – коэффициента вариации. Рассматривается территория Восточно-Европейской равнины, как наиболее пригодная для решения поставленных задач, поскольку применяемые методики апробируются непосредственно на наблюденных климатических данных. В качестве исходного материала использованы данные о климатических характеристиках на период XXI века по данным моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО).
Основным результатом проведенного исследования является фоновая оценка возможных изменений среднего многолетнего стока рек Восточно-Европейской равнины середине XXI века под влиянием антропогенного глобального потепления. За основу такой оценки принят сценарий антропогенной эмиссии парниковых газов и аэрозолей А2 (номенклатура IPCC - 2001), по которому предполагается повышение глобальной температуры воздуха к 2050 г. на 1,4º. Рассмотрены данные расчетов по нескольким ансамблям моделей общей циркуляции атмосферы и океана (МОЦАО) с точки зрения воспроизведения характеристик современного климата и межмодельного разброса прогнозных оценок.
Для прогноза использованы наиболее простые показатели изменения климатических условий формирования среднего многолетнего стока – годовые суммы осадков и положительных температур воздуха в виде суммы среднемесячных значений, разработана эффективная методика их пересчета в гидрометрический сток.
Методика оценки коэффициента вариации речного стока успешно адаптирована для условий Восточно-Европейской равнины и применена для прогноза изменения характеристики в XXI веке. Выбраны оптимальные методические приемы (уравнения связи) для более точной оценки возможных изменений.
Разработан алгоритм пересчета ежедневных значений осадков и температур в объем водного эквивалента снежного покрова – SNEG2. Алгоритм успешно моделирует процесс снегонакопления и стаивания в течение холодного периода.
На основании полученных данных оценено возможное изменение объемов половодья с использованием разработанной для территории ВЕР методики.
5 ноября 2009 г., 17:15
И.Н. Коньшин
(Вычислительный центр РАН)
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СИСТЕМ ЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ
С СИММЕТРИЧНЫМИ ПОЛОЖИТЕЛЬНО-ОПРЕДЕЛЕННЫМИ МАТРИЦАМИ
Предлагается высокопроизводительный метод решения на параллельных ЭВМ жестких систем линейных алгебраических уравнений c разреженными симметричными положительно определенными матрицами большой размерности. Для ускорения сходимости метода сопряженных градиентов применяется аддитивное разложение исходной матрицы с перекрытиями и приближенным симметричным треугольным разложением второго порядка точности. Предложен также новый способ балансировки вычислений на этапе итераций на основе восполнения элементов треугольных сомножителей. Приводится сравнение с другими параллельными методами, а также проводится анализ сходимости метода и его параллельной эффективности.
22 октября 2009 г., 17:15
С.В. Кузнецов
(Институт проблем механики РАН)
МОДЕЛИРОВАНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН
И СЕЙСМИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ
В докладе рассматриваются вопросы компьютерного
моделирования распространения сейсмических волн и их
взаимодействия с сейсмическими барьерами. Приводятся
результаты численных расчетов, полученных с помощью
программных комплексов Abaqus и Ansys/LS-Dyna.
Рассматривается новый способ защиты от сейсмических волн
на основе создания сейсмических барьеров.
8 октября 2009 г., 17:15
Василевский Ю.В.
(ИВМ РАН)
КОНСЕРВАТИВНЫЕ И МОНОТОННЫЕ СХЕМЫ
ДЛЯ ЗАДАЧИ ФИЛЬТАЦИИ И ПЕРЕНОСА В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ
14 мая 2009 г.
Сидоренков Н.С.
(Гидрометцентр России)
sidorenkov@mecom.ru
ЛУННО-СОЛНЕЧНЫЕ ПРИЛИВЫ КАК ДИРИЖЕРЫ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ
Аннотация
Синоптические процессы развиваются не непрерывно, а скачкообразно.
Выделяются однотипные интервалы эволюции, которые Б.П. Мультановский в 1915 г. назвал естественными синоптическими периодами (е.с.п.). Учение о е.с.п. является ключевым в синоптических методах долгосрочных прогнозов погоды, развивавшихся в дальнейшем в СССР С.Т. Пагавой, Г.Я. Вангенгеймом, А.А. Гирсом, Б.Л.Дзердзиевским и др.
Природа е.с.п. почти сто лет оставалась неизвестной. Связь е.с.п. с режимами приливных колебаний скорости вращения Земли была обнаружена автором около 15 лет назад. Анализ 50-летних временных рядов компонентов момента импульса атмосферы подтвердил преобладание в их спектрах гармоник лунно-солнечных приливов, слегка трансформированных атмосферой. Стало ясно, что естественные синоптические периоды обусловлены колебаниями приливных сил, а их смена связана с изменениями знаков приливных сил через каждые 5–8 дней. Вариации длительности е.с.п. обусловлены частотной модуляцией приливных сил из-за движения перигея лунной орбиты.
Далее были проанализированы временные ряды аномалий метеорологических характеристик. Выяснилось доминирование лунных циклов в их спектрах. Стало ясно, что структура аномалий метеорологических характеристик формируется в определенной степени лунными приливами. В итоге, был разработан способ прогноза гидрометеорологических характеристик, патент на который получен нами в 2002 г.
Лунная приливная сила колеблется во времени с периодом 13.65 суток. Она есть функция склонения и геоцентрического расстояния Луны. Амплитуда колебаний приливных сил изменяется во времени с периодами: 18,61 г., 8,85 г., 6,0 г., 1 г., 0,5 г., месячным, полумесячным, недельным, суточным, полусуточным и др. периодами.
Из-за изменчивости приливных сил амплитуда колебаний элементов погоды, метеорологических и морских гидрологических характеристик тоже изменяется во времени с теми же периодами. Приводятся графики многолетней изменчивости приливных колебаний скорости вращения Земли и момента импульса атмосферы, демонстрирующие 18,6-летнюю цикличность.
При увеличении (уменьшении) амплитуд приливов возрастает (уменьшается) экстремальность природных процессов. Показано, что увеличивавшаяся до 2007 г. частота экстремальных природных процессов была обусловлена не только глобальным потеплением климата, но, в значительной степени и наблюдавшимся в 2007 г. максимумом изменчивости приливных сил. С 2008 г. по 2016 г. изменчивость приливных сил уменьшается. Поэтому в этот период времени можно ожидать уменьшения частоты экстремальных природных процессов. По данным Гидрометцентра России частота опасных метеорологических явлений увеличивалась от 150 случаев во время минимума изменчивости приливных сил (1997 г.), до 445 случаев во время максимума (2007 г.). В 2008 г. наблюдалось 404 опасных метеорологических явлений, что на 9% меньше, чем в рекордном 2007 г.
В заключение обсуждаются перспективы долгосрочных прогнозов погоды при введении приливных сил в уравнения движения гидродинамических моделей атмосферы и океана.
Основная часть доклада опубликована: Сидоренков Н.С. Природа № 2, 2008. с. 23–31.
9 апреля 2009 г.
Панин Г.Н.
(Институт водных проблем РАН)
РЕГИОНАЛЬНЫЕ (АРКТИКА, АНТАРКТИДА, КАСПИЙ)
И ГЛОБАЛЬНЫЕ КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ХХ И ХХI СТОЛЕТИЯХ
Аннотация
Анализ рядов изменения температуры в Арктике, Антарктиде, уровня Каспийского моря и изменений угловой скорости вращения Земли (длительности суток) четко показывает их коррелированность. Это дает возможность предложить сценарий для флуктуаций температуры, накладываемых на общий рост, связанный с ростом концентрации парниковых газов. Развивается новый подход к описанию региональных и глобальных климатических изменений, базирующийся на композиции "парникового" и "ротационного" эффектов. Показано, что изменение длительности суток является индикатором климатических изменений на Земле, разработан сценарий климатических изменений в полярных зонах Земли в ХХ1 веке.
19 марта 2009 г.
Дмитриев Е.В.
(Институт вычислительной математики РАН)
РАСПОЗНАВАНИЕ И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ
ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
ПО МНОГОСПЕКТРАЛЬНЫМ АЭРОКОСМИЧЕСКИМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ
Рассматривается задача распознавания объектов природно-техногенной сферы и восстановления количественных характеристик данных объектов для каждого элемента многоспектральных аэрокосмических изображений. Методика решения состоит в формировании базы данных полей уходящего солнечного излучения, регистрируемого аппаратурой дистанционного зондирования (ДЗ), которая затем используется для восстановления параметров наблюдаемых объектов. В процессе обработки изображений сначала производится классификация этих объектов с использованием многоспектральных данных, получаемых аппаратурой ДЗ, с выделением элементов разрешения, содержащих облачность, водоемы, почвогрунты, техногенные объекты и растительность. Процедура решения обратной задачи фактически сводится к поиску наилучшего соответствия между измеренными в каждом пикселе многоспектрального изображения значениями восходящего излучения и соответствующими величинами, полученными в результате решения прямой задачи. Разрабатываемая методика обеспечивает представление выходной информационной продукции в терминах количественных параметров состояния наблюдаемых объектов, с которыми имеют дело специалисты в области рационального природопользования в повседневной практике. Для практической реализации предлагаемых методов были использованы цифровые изображения, полученные с помощью аппаратуры MODIS и LANDSAT/ETM+.
19 февраля 2009 г., 17:15
Р. М. Вильфанд
(Гидрометцентр РФ)
МЕТОДЫ ПРОГНОЗОВ ПОГОДЫ РАЗЛИЧНОЙ
ЗАБЛАГОВРЕМЕННОСТИ И ПРЕДСКАЗУЕМОСТЬ
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
5 марта 2009 г.
Р. А. Ибраев
(Институт вычислительной математики РАН)
МОДЕЛЬ ВНУТРИГОДОВОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЦИРКУЛЯЦИИ
И УРОВНЯ ВОД КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Рассматриваются модель гидродинамики внутреннего моря, в которой использованы современные численные методы решения трехмерных нелинейных уравнений геофизической гидродинамики. Значительное внимание уделяется анализу и обоснованию физической постановки задачи, математической формулировке модели, выбору оптимальной схемы решения уравнений модели. С использованием данных наблюдений и модельных результатов исследуются фундаментальные процессы сезонной изменчивости циркуляции и уровня вод моря. В докладе предпринята попытка ответить на следующие вопросы: Какова пространственно-временная изменчивость трехмерных течений Каспийского моря бассейнового и суб-бассейнового масштабов? Какие внешние и внутренние факторы определяют изменчивость термогидродинамики моря? Какова роль внутренних термогидродинамических процессов в изменчивости уровня моря?
20 ноября 2008 г., 17:15
И. Г. Гранберг, Г. С. Голицын, А. В. Андронова,
А. С. Емиленко, Б. В. Зудин, М. А. Иорданский,
Е. Н. Кадыгров, Ф. А. Погарский, В. М. Пономарёв,
О. Г. Чхетиани
(Институт физики атмосферы РАН)
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ВЫНОСА
ТОНКОДИСПЕРСНОГО АРИДНОГО АЭРОЗОЛЯ
В ПУСТЫНЯХ КАЛМЫКИИ В 2002-2007 ГОДАХ
На основании результатов экспедиционных и лабораторных исследований 1991, 1992, 1998 – 2007 гг. в пустынях Калмыкии и Приаралья определены основные механизмы выноса в атмосферу тонкодисперсного(< 5 мкм) пустынного аэрозоля. Установлены причины и определены условия образования «неподвижных» вертикальных термиков («колонн»), выносящих горячий аэрозоль( 1-5 мкм). Выявлено и проанализировано явление выноса в маловетреную жаркую погоду субмикронной фракции (< 500 нм) агрегатных аэрозольных частиц, особенно опасных для здоровья населения окружающих регионов. Развита модель отрыва тонкодисперсных (менее 0,4 мкм) аэрозольных частиц и предложена формула оценки зависимости концентрации выносимых частиц от температуры поверхности при скоростях ветра менее 3 м/с на высоте 0,5 - 1 м.
6 ноября 2008 г., 17:15
М. В. Глаголев
(Факультет почвоведения МГУ)
ЭМИССИЯ МЕТАНА: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ И ПОДХОДЫ К МАТЕМАТИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ
В первой части доклада рассматриваются основные подходы к моделированию эмиссии метана из почв: сосредоточенные модели типа Cao, распределенные профильные модели типа Walter, а также модели, основанные на подробном учете микробиологических процессов цикла метана.
Во второй части доклада (кратко) рассматриваются методы и (более подробно) основные результаты, полученные при измерениях эмиссии метана на территории Западной Сибири за последние 15 лет: типичные зависимости эмиссии от факторов внешней среды и характерные величины эмиссии для различных болотных микроландшафтов во всех природных зонах.
23 октября 2008 г., 17:15
В. М. Степаненко
(Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ, Географический факультет МГУ)
ПАРАМЕТРИЗАЦИИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ СУШИ В МОДЕЛЯХ КЛИМАТА И ПРОГНОЗА ПОГОДЫ (ОБЗОР)
Представлено современное состояние параметризации гидрологических объектов суши в моделях климата и прогноза погоды на основе авторских разработок, обзора публикаций и материалов рабочих семинаров по данной тематике, прошедших в сентябре 2008 г. в Санкт-Петербурге и Неваде (США). Рассмотрены перспективы дальнейшего развития моделей гидрологической системы суши для климатических задач.
9 октября 2008 г., 17:15
М. Аржанов
(Институт физики атмосферы РАН)
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ВОДЫ В ГРУНТЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА
Проведены расчеты изменения характеристик термического и гидрологического режимов многолетнемерзлых грунтов с входными данными реанализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды ERA-40, а также интерактивные расчеты с климатической моделью (КМ) ИФА РАН при различных внешних воздействиях на климат. Для второй половины XX в. построена карта изменения глубин сезонного протаивания и рассчитан сток с водосборов крупнейших сибирских рек. Приведены результаты численных экспериментов по сравнению глубин сезонного протаивания с данными наблюдений по ряду геокриологических станций. Анализируется реакция мерзлых грунтов на внешнее атмосферное воздействие в пограничных областях смены климатических условий при образовании чередующихся мерзлых и незамерзающих в течение года слоев (таликов). Получены оценки динамики микрорельефа криолитозоны в области, в которой на протяжении XXI века может произойти смена режима сезонного протаивания сезонным промерзанием. В равновесных численных экспериментах с КМ ИФА РАН при задании доиндустриального и современного значений концентрации углекислого газа в атмосфере модель хорошо воспроизводит характеристики теплового режима почвы, включая температуру ее поверхности и характеристики сезонного протаивания/промерзания грунта. В целом модель также воспроизводит гидрологию суши, включая сток с крупнейших водосборов. Отклик модели на удвоение содержания углекислого газа в атмосфере характеризуется значительным потеплением поверхности почвы и сокращением площади распространения многолетнемерзлых грунтов. Речной сток при этом увеличивается в высоких широтах и уменьшается в субтропических.
15 мая 2008 г., 17:15
Е. Е. Мачульская
(НИВЦ МГУ, Гидрометцентр РФ)
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССОВ КРУПНОМАСШТАБНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
АТМОСФЕРЫ И КРИОСФЕРЫ
3 апреля 2008 г., 17:15
В. М. Степаненко
(НИВЦ МГУ, Географический факультет МГУ)
Численное моделирование
турбулентного теплообмена в водоеме
и на границе с атмосферой
21 февраля 2008 г., 17:15
Н. Г. Яковлев
(Институт вычислительной математики РАН, iakovlev@inm.ras.ru)
Е. Л. Кочетков
(Факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ, eugkoch_su@mail.ru)
Численное решение задачи о трехмерной гидродинамике крупных рек, озер и водохранилищ
7 февраля 2008 г., 17:15
А. В. Глазунов
(Институт вычислительной математики РАН,
Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ)
Вихреразрешающее моделирование турбулентности
с использованием локализованного смешанного
динамического замыкания
6 декабря 2007 г., 17:15
А. В. Кислов, П. А. Торопов
(Географический факультет МГУ)
Моделирование крупных трансгрессий и регрессий
Черного и Каспийского морей
в рамках климатических моделей
22 ноября 2007 г., 17:15
Д. Кулямин
(Институт вычислительной математики РАН)
Моделирование квазидвухлетних колебаний зонального ветра
в экваториальной стратосфере. Малопараметрические модели
Аннотация
В докладе рассматривается проблема воспроизведения климатическими моделями квазидвухлетних колебаний (КДК) зонального ветра в экваториальной стратосфере.
Несмотря на всю значимость КДК лишь немногие климатические модели в настоящее время способны воспроизводить это явление. Считается общепринятым, что в основе КДК зональной скорости в экваториальной стратосфере лежит нелинейное взаимодействие зонального потока и вертикально распространяющихся экваториальных волн.
В докладе рассмотрены механизмы возбуждения КДК и проанализированы полученные результаты для специально построенных упрощенных моделей, описывающих взаимодействие двух типов волн со средним потоком (для длинных планетарных волн модель предложена Р. Пламбом, а для коротких волн в основе модели лежит механизм обрушения, описываемый параметризацией, предложенной К. Хинсом). Показана возможность каждого из данных механизмов самостоятельно воспроизвести аналог КДК в упрощенной системе. Центральном результатом доклада является утверждение, что механизм обрушения коротких гравитационных волн самодостаточен для возбуждения колебаний зонального ветра. В докладе обсуждается полученная в численных экспериментах зависимость характеристик колебаний от параметров модели в обоих случаях (получена пропорциональность периода колебаний и основных волновых параметров для обоих типов волнового взаимодействия). На примере совместной модели показано, что ведущую роль в формировании периода и несимметрии восточной и западной фаз КДК играют планетарные волны, гравитационные же волны играют второстепенную роль, подкачивая недостающую энергию в колебательную систему. Выведены условия, необходимые для реализации КДК моделях общей циркуляции: высокое вертикальное разрешение для воспроизведения механизма взаимодействия длинных волн на критических уровнях, изменение волнового спектра и понижение влияния побочных процессов (вертикальных движений) на экваторе для механизма обрушения гравитационных волн.
8 ноября 2007 г., 17:15
Ю. Симонов
(Географический ф-т МГУ, кафедра гидрологии суши)
Оценка возможных климатических изменений стока северных рек на основе моделирования процессов его формирования
25 октября 2007 г., 17:15
Докладчик:
Крупчатников В.
(Институт вычислительной математики и
математической геофизики СО РАН, Новосибирск)
Доклад:
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация
Гидрологический цикл на поверхности включает перехват воды растительностью, инфильтрацию, поверхностный сток, накопление воды в почве и в снеге. Эти процессы непосредственно связаны с биофизикой и оказывают влияние на температуру, осадки и поверхностный сток.
Для исследования взаимодействия в системе океан – морской лед – поверхность земли - атмосфера в Модели Климатической Системы (ИВМ РАН) предлагается Модель Подстилающей Поверхности, дополненная моделью речного стока. Общий сток (поверхностный и подповерхностный) направляется вниз по течению к океанам с помощью маршрутной модели речного стока. Для его вычисления используются идеи TOPMODEL. Модель речного стока построена на сетке с разрешением 1 градус. Поверхностный сток, вычисленный в одномерной модели гидрологии поверхности (2.8*2.8 град.), интерполируется на сетку модели речного стока.
Представлены результаты моделирования для бассейна реки Томь с использованием результатов глобального моделирования гидрологии поверхности (модель ИВМиМГ СО РАН). При моделировании глобального климата (ИВМ РАН) использовались данные AMIP с 1979 до 1993.
4 октября 2007 г., 17:15
Докладчик:
Крыленко И. Н.
(Географический факультет МГУ)
Доклад:
Гидродинамические модели движения водных потоков
и их практическое применение для участков рек
Аннотация
Основой математических моделей движения водных потоков является численное решение уравнений Сен-Венана. В зависимости от детальности исходных данных и решаемой задачи применяются одномерные (характеристики потока осреднены по ширине и глубине и рассматриваются вдоль оси x) и двумерные (поток рассматривается вдоль оси х и по ширине, по глубине потока характеристики осредняются) модели движения водного потока. Исходными данными для этих моделей является информация о рельефе территории. В качестве граничных условий для спокойных потоков задаются расходы воды на верхней и уровни воды на нижней границе расчетного участка как функции времени, в качестве начальных - уровни водной поверхности в пределах участка реки на начало расчета.
Одномерные модели позволяют проводить расчеты для протяженных участков на основе данных о морфометрии долин, представленных в виде отдельных поперечных профилей. Результатами расчетов в этом случае являются изменения уровней водной поверхности и расходов воды по времени в пределах расчетного участка. Для применения двумерных моделей требуется более детальная информация о морфометрии речных долин, представленная в виде поля точек (x, y, z0). В результате они позволяют получить плановую картину распределения скоростей течения, уровней водной поверхности и глубин воды в пределах расчетной области.
Использование математических моделей движения водных потоков позволяет значительно расширить представление об особенностях водного режима на отдельных участках речной сети, количественно оценить важнейшие характеристики гидрологических процессов, рассмотреть как реально наблюдавшиеся ситуации, так и гипотетические.
В докладе будут рассмотрены особенности одномерных и двумерных моделей движения водных потоков, этапы калибровки и верификации, используемые в работе программные комплексы, и результаты их применения для решения задач, связанных с затоплением территории при наводнениях.
20 сентября 2007 г., 17:15
Докладчик:
Лыкосов В.Н.
(Институт вычислительной математики РАН,
Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ)
E-mail: lykossov@inm.ras.ru
Доклад:
Гидрологические аспекты моделирования климата и его изменений
Аннотация
Дан краткий обзор современного состояния исследований по проблеме математического моделирования климата и его изменений. В докладе рассмотрены физические процессы, участвующие в формировании гидрологического цикла, в частности, в регионах сильной «гидрологической неоднородности» и высокой чувствительности к глобальному потеплению. Представлены некоторые результаты исследований современного климата и его возможных изменений в будущем, проведенных, в том числе, с помощью гидродинамической климатической модели, разработанной в Институте вычислительной математики РАН. Особое внимание уделено оценке влияния изменений климата на повторяемость и характеристики экстремальных гидрологических явлений, учету неопределенности результатов моделировании предполагаемых климатических изменений при анализе их гидрологических последствий и реакции крупных гидрологических систем на возможные климатические изменения. В заключение рассмотрены возможные подходы к конструированию региональных интегрированных моделей для оценки степени уязвимости природной среды в условиях изменений климата, в частности, в Сибири, что обусловлено задачами рационального природопользования в этом, важном с экономической точки зрения, регионе России.
7 июня 2007 г., 17:15
Фомин Б.А.
Институт Атомной Энергии им. Курчатова
Новые параметризации газового поглощения солнечного излучения для радиационных алгоритмов атмосферных моделей
Тарасова Т.А.
Центр прогноза погоды и исследования климата (CPTEC/INPE), Бразилия,
Институт Физики Атмосферы им. А.М. Обухова
Использование новых параметризаций газового поглощения в радиационном алгоритме для моделей CLIRAD-SW
АННОТАЦИЯ
Новые параметризации газового поглощения солнечного излучения, предложенные в работе (Fomin and Correa, 2005) позволяют сократить количество псевдо монохроматических спектральных интервалов в радиационных алгоритмах моделей и уменьшить время расчетов потоков и притоков солнечного излучения при сохранении их высокой точности. В указанных параметризациях величина коэффициента поглощения в каждом однородном слое атмосферы зависит как от концентрации поглощающего вещества так и от количества этого вещества в напрвлении распространения прямого солнечного излучения. Использование этих параметризаций в радиационном алгоритме CLIRAD-SW, разработанном в NASA Goddard Space Flight Center (Chou and Suarez, 1999), позволяет сократить количество псевдо монохроматических интервалов в 2 раза и соответственно уменьшить время радиационных расчетов. Для использования в моделях прогноза погоды и климата мы предлагаем новую версию алгоритма CLIRAD-SW (Tarasova and Fomin, 2007), использующую параметризации (Fomin and Correa, 2005). Погрешности расчетов потоков и притоков солнечного излучения в безоблачной и облачной атмосфере с помощью нового алгоритма были оценены из сравнений с полинейными расчетами.
24 мая 2007 г., 17:15
И.П. Семёнова (1), Л.Н. Слёзкин (2)
(1) Институт механики Московского Государственного университета, Москва (ipse@imec.msu.ru)
(2) Филиал ФГУП "ЦЭНКИ" Научно-исследовательский институт прикладной механики им. акад. В.И. Кузнецова, Москва (slezkin@list.ru).
Динамически равновесные формы и движение океанских
мезомасштабных вихрей
АННОТАЦИЯ
Получены точные гидродинамические решения для динамически равновесных форм океанских вихрей (линз средиземноморской воды и рингов океанских течений) на вращающейся Земле. Дано объяснение направления генерального движения этих вихрей в океане.
Натурные измерения свидетельствуют о существовании в океане на глубинах ~1 км мезомасштабных антициклонических вихрей, называемых "линзами". Линзы имеют однородные или слабо стратифицированные по плотности ядра. Размеры ядер по горизонтали ~ 50 км и по вертикали ~500 м. Например, в Атлантике ядра линз содержат интрузионную средиземноморскую воду. Скорости жидкости в ядрах линз пропорциональны радиусу вращения и имеют порядок 0.3 м/с. Долгая жизнь линз (~3-10 лет), по нашему мнению, объясняется существованием их динамически равновесной замкнутой формы.
Решается следующая гидродинамическая задача. Однородная по плотности вращающаяся идеальная несжимаемая жидкость конечного объема погружена в стратифицированный океан, покоящийся относительно вращающейся Земли. Учитываются и вертикальная и горизонтальная проекции вектора угловой скорости вращения Земли. Строятся динамически равновесные формы поверхности раздела водных масс из условия равенства давлений на границе раздела. Поскольку характерный горизонтальный размер линзы много меньше радиуса Земли, кривизна Земли не учитывается, и рассмотрение проводится в касательном к Земле плоском слое стратифицированной жидкости в плоскопараллельном поле силы тяжести.
Определение динамически равновесных форм приповерхностных вихрей (рингов) проведено аналогично случаю линзы с учетом граничного условия на свободной поверхности (давление равно нулю). Фон предполагается линейно стратифицированным по плотности вплоть до свободной поверхности. При рассмотрении движения центров масс вихрей, учитывая их размеры и малые ускорения, вихри приближенно заменяются вращающимися плоскими пластинами с соответствующими наклонами. Движение твердого тела в идеальной стратифицированной жидкости на вращающейся Земле приводит к блокированию энергии возмущенного движения жидкости в конечной области, ограниченной радиусом Россби и высотой Россби. В результате такая пластина имеет большую присоединенную массу в направлении, перпендикулярном плоскости пластины. Приближенные уравнения горизонтальных движений центра масс на вращающейся Земле аналогичны уравнениям прецессионной теории гироскопов.
Оригинальность работы заключается в новой постановке задачи, позволившей получить точное гидродинамическое пространственное неосесимметричное решение. Вопрос о структуре разрыва касательных к поверхности раздела скоростей и плотности требует отдельного рассмотрения. Новым является учет горизонтальной проекции скорости вращения Земли, объясняющий наклоны вихрей, и объяснение с единых позиций генерального движения линз и рингов в океане.
Литература
1. Лавровский Э.К., Семёнова И.П., Слёзкин Л.Н., Фоминых В.В. Средиземноморские линзы - жидкие гироскопы в океане// Докл. АН. 2000.Т. 375. 1.С. 42-45.
2. Семёнова И.П., Слёзкин Л.Н. Динамически равновесная форма интрузионных вихревых образований в океане. Изв. АН. МЖГ. 2003. 5. С. 3-10.
3. И.П. Семёнова, Л.Н. Слёзкин. Динамически равновесные формы рингов океанских течений. Докл. АН. 2005.Т. 405. 3. С. 346-350.
15 марта 2007 г., 17:15
Н. Г. Яковлев
(ИВМ РАН)
"Численное моделирование гидродинамики крупных водоемов с дрейфующим льдом"
15 февраля 2007 г., 17:15
В. М. Степаненко
(НИВЦ МГУ, Географический факультет МГУ)
"Численное моделирование
взаимодействия атмосферы с водоемами суши"
(кандидатская диссертация)
21 декабря 2006 г., 17:15
И. В. Тросников, Е. С. Глебова
(Географический факультет МГУ, ГМЦ РФ)
"Моделирование тропических циклонов с использованием мезомасштабной модели ЕТА"
16 ноября 2006 г., 17:15
Д. Ю. Гущина (Географический факультет МГУ)
"Применение квазиравновесной модели циркуляции тропической тропосферы для исследования атмосферного отклика на явление Эль-Ниньо"
19 октября 2006 г., 17:15
Д. Б. Киктев (1), М. А. Толстых (2, 1)
(1) Гидрометцентр России
(2) Институт вычислительной математики РАН
"Модель прогноза внутрисезонных аномалий климата атмосферы и результаты исторических сезонных прогнозов по данным реанализа NCEP/NCAR"
Дата следующего заседания и название доклада будут объявлены позднее
21 сентября 2006 г., 17:15
Доклад: Н. А. Дианский, Институт вычислительной математики РАН
"Моделирование циркуляции океана с высоким пространственным разрешением"
23 марта 2006 г., 17:15
Доклад: П.Ф. Демченко, Институт физики атмосферы РАН
"Применение методов статистической механики в задачах теории климата"
В связи с сессией и студенческими каникулами в работе семинара объявлен перерыв. Следующее заседание состоится
во второй половине февраля. Дата заседания будет уточнена позднее.
15 декабря 2005 г., 17:15
Доклад: Г.С. Ривин, РГХТУ им. Д.И. Менделеева
"Современные вычислительные технологии в системах оперативного прогноза погоды"
24 ноября 2005 г., 17:15
Доклад: В.М. Степаненко, НИВЦ МГУ
"Моделирование мезомасштабных циркуляций атмосферы над гидрологически неоднородной территорией"
27 октября 2005 г., 17:15
Доклад: А.В. Глазунов, ИВМ РАН
"Вихреразрешающее моделирование сдвиговой турбулентности с применением замыканий динамического типа"
18 ноября 2004 г.
Доклад: Степаненко В.М., НИВЦ МГУ,
"Численное моделирование процессов тепловлагообмена в системе приземный слой атмосферы - водоем - грунт"
20 мая 2004 г.
Доклад: Ахмедов Р.Р., Куницын В.Е., Физфак МГУ,
"Численное моделирование генерации акустико-гравитационных волн и ионосферных возмущений от наземных и атмосферных источников"
15 апреля 2004 г.
Доклад: Володин Е.М., ИВМ РАН,
"Анализ некоторых экстремальных погодных ситуаций на территории России для современного климата и при удвоенном содержании углекислого газа"
18 марта 2004 г.
Доклад: Захаров В.И., Куницын В.Е., Физфак МГУ,
"Радиозатменный метод как средство мониторинга атмосферы и ближнего космоса"
19 февраля 2004 г.
Доклад: Бурлуцкий Р.Ф., Гидрометцентр РФ,
"Парниковый эффект и тепловой баланс системы Земля-атмосфера"
23 октября 2003 г.
Доклад: Глухов В.Н, НИВЦ МГУ,
"Реализация моделей климата на многпроцессорных вычислительных системах кластерного типа"
25 сентября, 2003 г.
Доклад: Смышляев С.П., Российский Государственный Гидрометеорологический Университет, Санкт-Петербург,
"Теоретическое исследование естественных и антропогенных воздействий на долгопериодную изменчивость атмосферного озона"
15 мая, 2003 г.
Доклад: Вельтищев Н.Ф., Географический ф-т МГУ,
"Конвекция в горизонтальном слое жидкости с постоянным источником тепла".
17 апреля, 2003 г.
Доклад: Юшков В.П., Физический ф-т МГУ,
"Диагностика климатической системы. Метод собственных функций".
3 апреля 2003 г.
Доклад: Грицун А.С., ИВМ РАН
"Отклик атмосферной циркуляции на термические источники : прямые и обратные задачи".
20 марта 2003 г.
Доклад: Локощенко М.А., Географический ф-т МГУ
"Структура пограничного слоя атмосферы в Москве по данным акустического зондирования".
6 марта 2003 г.
Доклад: Глазунов А.В., ИВМ РАН
"Вихреразрешающее моделирование пограничных слоев атмосферы и океана".
НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СЕМИНАР
