НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СЕМИНАР
Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи
powered by AGORA
Семинар
Организаторы
Контакты
Подписка
Официальный сайт Московского Государственного Университета
Лаборатория методов дистанционного обучения НИВЦ МГУ
Официальный сайт НИВЦ МГУ
Кафедра метеорологии и климатологии МГУ
Архив прошедших заседаний
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

  • динамики подледных потоков, заторообразования, распространения загрязнений в реках подо льдом и во время заторных наводнений, русловых деформаций, вызванных заторами и волнами в потоках со льдом;
  • 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".

  •