Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.iki.rssi.ru/annual/2006/244-atmospher-06.htm
Дата изменения: Fri Jan 19 12:57:13 2007
Дата индексирования: Tue Oct 2 14:06:46 2012
Кодировка: Windows-1251

Поисковые слова: внешние планеты
Форма "Т"

Тема АТМОСФЕРА. Развитие теоретических моделей, анализ физических механизмов, разработка и применение методов измерений и алгоритмов обработки натурных данных в целях исследования, мониторинга и прогноза состояний атмосферы.

Гос. регистрация ? 0120.0 602986

 

Научные руководители: д.ф.-м.н. Ерохин Н.С., д.ф.-м.н. Шарков Е.А.

 

Анализ влияния спиральности на формирование крупномасштабных вихревых структур в экмановском пограничном слое атмосферы и процессы транспорта

 

Рассмотрено влияние турбулентной спиральности на формирование крупномасштабных вихревых структур и транспортные процессы в экмановском пограничном слое атмосферы. На основании анализа экспериментальных данных получена оценка границ влияния турбулентной спиральности на вихревую вязкость в пограничном слое атмосферы. Учет спиральности приводит к значительному изменению критического числа Рейнольдса и параметров вторичных возмущений в особенности, когда знак турбулентной спиральности противоположен знаку спиральности основного течения либо первая возрастает с высотой в погранслое.

Для турбулентного АПС формирование ролловой структуры можно рассматривать в качестве одного из элементов каскада энергии и спиральности. Результаты численного моделирования неплохо согласуются с теоретическими представлениями об ослаблении энергетического каскада в сторону мелкомасштабных мод и преимущественном взаимодействии спиральных мод одного знака, а также численными оценками по данным измерения характеристик турбулентности в АПС.

Построена подсеточная модель турбулентности атмосферного пограничного слоя, учитывающая генерацию спиральности. Исследовано влияние спиральности на турбулентные скейлинги пассивного скаляра в рамках расширенной модели Крейчнана. Показано, что обусловленное спиральностью нарушение зеркальной симметрии не влияет на аномальные скейлинги. Однако, спиральность оказывает сильное влияние на устойчивость асимптотических режимов, в которых имеют место аномальные скейлинги. Эффективная диффузия примеси на крупных масштабах сильно зависит от интенсивности спиральности и времени корреляции. Исследована вихревая устойчивость неоднородных турбулентных МГД-течений. Показано, что рост возмущений сопровождается генерацией кинетической спиральности и накоплением ее в крупных масштабах.

 

O.G.Chkhetiani O.G., Hnatich M., Jurcinova E., Jurcisin M. Influence of helicity on scaling regimes in model of passive scalar advected by the turbulent velocity field with finite correlation time.// Czecho-slovak Journal of Physics, v.56(8), pp.627-650, 2006.

Chkhetiani O.G., Hnatich M., Jurcinova E.E., Jurcisin M., Mazzino A. and Repajan M. Influence of helicity on anomalous scaling of a passive scalar advected by the turbulent velocity field with finite correlation time: Two-loop approximation. // Phys. Rev. E, v.74, 036310(1-26), 2006.

O.G.Chkhetiani O.G., Eidelman A., Golbraikh E. Large- and small-scale turbulent spectra in MHD and atmospheric flows. // Nonlinear Processes in Geophysics, v.13, pp.613-620, 2006.

О.Г.Чхетиани, д.ф.-м.н., тел.333-22-23, e-mail: ochkheti@mx.iki.rssi.ru

 

Моделирование интенсивных спиральных вихрей в конвективно-неустойчивой вращающейся жидкости

 

В целях отработки методики расчетов для реализации в численных моделях атмосферы выполнено исследование конвекции Буссинеска при одновременном действии силы Кориолиса и спирального форсинга, предлагаемого для параметризации в метеорологических моделях. Линейный анализ устойчивости решений показал существование области параметров, при которых влияние форсинга является доминирующим. На примере конвекции Рэлея-Бенара средствами численного моделирования показано, как в этих условиях происходит генерация ненулевой средней спиральности течения и действует положительная обратная связь между горизонтальной и вертикальной циркуляциями, позволяющая преобразовать энергию дополнительного спирального источника в кинетическую энергию интенсивного крупномасштабного спирального вихря.

 

Левина Г.В. О параметризации спиральной турбулентности для численных моделей интенсивных атмосферных вихрей // Доклады АН, т.411, ? 3, 2006.

Г.В.Левина, к.ф.-м.н., тел.333-41-00, e-mail: nerokhin@mx.iki.rssi.ru

 

Развитие базы данных тропического циклогенеза

 

Одним из важных аспектов исследования системы океан-атмосфера является изучение вклада интенсивных вихревых возмущений (типа тропических циклонов) в термодинамику и кинематику тропической атмосферы на различных временных масштабах. В настоящее время экспериментальная задача о выявлении количественных различий в интенсивностях циклогенеза полушарий Земли является весьма актуальной в связи с определением роли мезо-масштабной изменчивости глобальных циркуляций и явления ENSO в формировании тропи-ческого циклогенеза. Был сформирован блок базы данных за 1997-2004 г на основе ежесуточной информации, полученной по каналам Internet с сайта Астрономической обсерватории Гавайского университета (URL http:// www.solar.ifa.hawaii.edu/), где поступающая первичная информация из JTWC (Флорида) и региональных метеоцентров (Токио, Майами, Нью-Дели, Дарвин, о. Фиджи, о. Реюньон и др.) суммировалась и поступала в систему Internet в виде ежедневных пакетов 'сырых' данных. Этот блок информации обладает существенно большей полнотой описания событий, происходящих в тропической зоне Мирового океана, чем информация за 1983-1996 г.г.

Была развита методика формирования и накопления статистического сигнала по дистанционным данным тропического циклогенеза первичных ( после 1997 г.) и развитых (1983-2004 г.г.) форм, рассматриваемого по полушариям и по времени нахождения тропических циклонов (условно - интенсивность ) в соответствующем широтном поясе. Оказалось, что учет первичных форм (произведенный после 1997 г. ) резко увеличивает как максимальную интенсивность в распределении, так и среднее значение (по распределению ). При этом широты, на которых достигаются максимальные значения интенсивности и средние значения интенсивности практически не изменились. Важно отметить, что жестко сохраняется сильная асимметрия в положении широт для этих характеристик для Северного ( 20 градусов с.ш. ) и Южного ( 10 градусов ю. ш. ) полушария. Кроме того отсутствует явная зависимость от фазы ENSO.

 

Г.А.Ким, И.В.Покровская, Е.А.Шарков. Глобальный тропический циклогенез: широтное распределение энергозапаса по данным спутникового мониторинга. //'Соврем. проблемы дистанц. зондирования Земли из космоса (физич. основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды'. ИКИ РАН. Москва, 14-17 нояб. 2005. Москва, 2006, с.287-295.

Е.А. Шарков, д.ф.-м.н., 333-13-66, e-mail: easharkov@iki.rssi.ru

 

Применение непрерывного вейвлет-преобразования к стохастическим задачам, а также в геофизике и квантовой теории поля

 

Проводились исследования, связанные с применением непрерывного вейвлет-преобразования к стохастическим задачам, в квантовой теории поля и теории турбулентности. Для численного моделирования корреляций между флуктуациями различных масштабов была разработана программа на языке С++, позволяющая моделировать динамику Изинговского типа (система спинов, локально взаимодействующие вихри и пр.) на решетке с периодическими граничными условиями в пространстве произвольной размерности d измерений. С ее помощью исследовались межмасштабные корреляции. Для экспериментального исследования межмасштабных корреляций, в сигналах генерируемых сложными динамическими системами - атмосферной турбулентностью, волнами в нелинейных геофизических системах, экономическими рядами и пр. - было написано программное обеспечение в среде MSWindows. Проведен анализ выборки, содержащей турбулентность со степенным спектром амплитуд и локализованные в пространстве когерентные структуры, характерной для геофизических полей. Показано, что при наличии когерентных структур среднего уровня амплитуд и масштабов, которые значительно меньше длины выборки и приблизительно равномерно распределены по длине выборки, дальние корреляции ослабляются. Однако в рассмотренных условиях фрактальные размерности, вычисленные для вейвлет-коэффициентов, ведут себя примерно одинаково для случаев наличия когерентных структур и при их отсутствии.

 

М.В.Алтайский. Многомасштабная теория турбулентности в вейвлет-представлении. //Доклады РАН, т.410, вып.3. стр.326-330, 2006.

М.В.Алтайский. Многомасштабное стохастическое квантование. // Нелинейный мир, т.4, вып. 4/5. стр.246-255, 2006.

М.В.Алтайский, к.ф.-м.н., тел.333-41-67, e-mail: altaisky@mx.iki.rssi.ru

 

Некоторые особенности движения крупномасштабных структур во вращающейся атмосфере.

 

В приближении мелкой воды рассмотрены некоторые особенности движения крупномасштабных структур во вращающейся атмосфере, включающих в себя синоптические вихри в виде волн Россби и зональные ветры, определяющих значительный вклад в динамику и процессы переноса тепла и массы. Развитая методики позволяет изучать планетарные внутренние волны и полярный перенос в атмосфере Земли. При исследовании вихрей Россби в земной атмосфере можно приближенно пренебрегать скалярной нелинейностью и меридиональной зависимостью скорости Россби. Исходные уравнения, описывающие динамику волн на плоскости, касательной к точке наблюдения на сфере, состоят из уравнений непрерывности, движения и теплового баланса, в которых все гидродинамические параметры атмосферы (плотность, скорость и давление) рассматриваются как некоторые осредненные по вертикали величины. В горизонтально бароклинной атмосфере не сохраняется обобщенная завихренность, в отличие от баротропной атмосферы. Это приводит к тому, что система уравнений горизонтально бароклинной атмосферы допускает самопроизвольное рождение вихрей из незамкнутых линий тока.

На основе уравнения Чарни - Обухова рассмотрены свойства некоторых частных решений в виде дипольных вихрей (уединенных вихрей с внешней и внутренней областями вихря, разделенными границей) и вихревых дорожек. При определенном значении управляющего параметра решение в виде вихревых дорожек описывает течение типа зонального потока

 

Н.М.Астафьева. Структуры, формирующиеся во вращающемся сферическом слое под влиянием условий, имитирующих глобальные потоки тепла в атмосфере // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006, т.1, с.245-256.

Н.М.Астафьева. Вихри и волны в атмосфере и океане. Препринт ИКИ РАН. 2006. Подготовлено к изданию.

О.Г.Онищенко, Н.М.Астафьева. Волны Россби и зональные ветры в атмосферах планет // Тезисы докладов Международной конференции 'Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса'. ИКИ РАН. Москва. 13-17 ноября 2006 г.

Н.М. Астафьева, д.ф.-м.н., тел.333-21-45, e-mail: ast@iki.rssi.ru

 

Исследование динамики формирования облачности в атмосфере с учетом высотного профиля давления насыщения для пара и равновесного распределения влаги

Влага нижних слоев атмосферы обусловлена испарением с подстилающей поверхности. Моделируя процесс образования облака, атмосферу можно разделить на три основные области, которые назовем соответственно: подоблачный слой, собственно облако и надоблачный воздух. В подоблачном слое абсолютная влажность воздуха достаточно высока, однако в силу высокой температуры воздуха пар остается ненасыщенным. Эта область ответственна за процесс переноса влаги от подстилающей поверхности (суша или океан) к облаку и в модели образования облаков она является источником влаги. Основной механизм переноса - конвекция. При этом температура значительно спадает с высотой. Начиная с некоторой высоты, парциальное давление пара достигает давления насыщенного пара (точка росы) и часть влаги превращается в капли. Начиная с этой точки, образуется облако. Внутренняя часть облака принципиально отличается от подоблачного слоя тем, что пар в нем находится в состоянии насыщения, поэтому описание облака требует применение термодинамики влажного воздуха. Конвекция из нижних слоев переносит влагу вверх, и, если интенсивность испарения влаги остается постоянной достаточно долгое время, толщина облака увеличивается.

Наконец, в надоблачной области в силу определенных факторов парциальное давление пара оказывается снова ниже давления насыщения, что означает прекращение образования капель и, следовательно, формируется верхняя граница облака. Важно отметить, что слой насыщенного водяным паром воздуха в облаке имеет более высокую температуру по сравнению с сухим воздухом. Поэтому, в области верхней границы облака образуется значительный градиент температуры, приводящий к достаточно интенсивной конвекции. Это в свою очередь приводит к быстрому распространению пара на большие высоты. Скорость роста облака при заданном вертикальном потоке пара будет увеличиваться вплоть до высоты тропопаузы, но в самой тропопаузе происходит инверсия распределения температуры. В области инверсии, во-первых, прекращается конвекция, и, во-вторых, значительно увеличивается давление насыщения для пара, поэтому по достижению высоты инверсии дальнейший рост облака прекращается. Такого рода модель образования облака является достаточно простой, но для ее реализации необходимо знать распределение основных термодинамических параметров влажной атмосферы с высотой.

 

П.Б.Руткевич, П.П.Руткевич. Конвективная неустойчивость в свободной атмосфере. // Совре-менные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2006, т.1, вып.3, с.301-306.

П.Б.Руткевич, П.П.Руткевич. Конвекция во вращающемся облаке // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2006, т.1, вып.3, с.307-312.

П.Б.Руткевич, д.ф.-м.н., тел.333-25-01, e-mail: peter_home@tarusa.ru

 

Развитие методов обнаружения и интерпретации процессов и явлений в атмосфере над океаном по их проявлениям на радиолокационных изображениях

 

Продолжены работы, направленные на развитие методов обнаружения и интерпретации процессов и