Аннотация проекта:

Турбулентная конвекция в замкнутых и открытых системах – сложное многомасштабное явление, актуальность изучения которого традиционно обосновывается тем, что именно она определяет динамику множества природных систем, включая недра звезд и планет, океаны и атмосферу. Конвективные системы являются базовым объектом исследования специалистов по нелинейным системам, путям зарождения и развития хаоса, взаимодействия крупномасштабной циркуляции с мелкомасштабной турбулентностью и имеют многочисленные практические приложения как в гео- и астрофизике, так и в технологической теплофизике и гидродинамике. Новым направлением исследований турбулентной конвекции является турбулентный тепломассообмен в системах с неоднородными в пространстве и во времени граничными условиями, а также в системах с дополнительными внутренними степенями свободы (например, свободно плавающими объектами, влияющими на тепломассоперенос). Именно на решение таких задач в контексте климатологических и метеорологических приложений направлен данный проект, в рамках которого специалисты по турбулентному теплообмену, по численной и экспериментальной гидродинамике, совместно с метеорологами рассмотрят ряд задач, имеющих прямой выход на проблемы формирования опасных и неблагоприятных  метеорологических условий на масштабах от крупного индустриального центра до обширных циклонов и антициклонов умеренных и полярных широт. Будет выполнено комплексное лабораторное и математическое моделирование атмосферных течений в упрощенной постановке с привлечением большого объема данных наблюдений и реанализов, а также результатов расчетов с помощью глобальных и мезомасштабных численных моделей атмосферы. Конкретно будут рассмотрены три блока задач. Первый блок направлен на исследование блокирующих явлений в умеренных широтах, которые могут быть причиной опасных метеорологических явлений, связанных с волнами тепла или холода. В рамках проекта предлагается использовать лабораторную модель, а именно тонкий вращающийся слой жидкости с разнесенными по высоте источниками тепла и холода. Пространственное и временное варьирование граничных условий позволит выявить характерные особенности крупномасштабной циркуляции и изучить статистику экстремальных событий, так называемых блокингов, и струйных течений. Это поможет понять природу роста количества экстремальных погодных явлений в последние десятилетия. Второй блок задач направлен на исследование влияния крупных плавающих теплоизолирующих объектов на формирование конвективных течений и распределение теплопотоков. Такими объектами в различных природных системах являются крупные массивы льда, тектонические плиты, облачные кластеры. Известно, что облачные кластеры, препятствуя радиационным и конвективным потокам, заметно изменяют распределение температуры вблизи подстилающей поверхности и тем самым могут оказывать существенное влияние на структуру приземных конвективных течений. Выявление связей между формированием интенсивных ветров и наличием облачных кластеров важно для лучшего понимания механизмов образования опасных метеорологических явлений. В качестве идеализированной модели данных процессов предлагается рассмотреть свободноплавающее теплоизолирующее тело на фоне интенсивной конвекции. Третий блок задач направлен на изучение формирования конвективных течений в области городской агломерации, в том числе городского острова тепла, и их влияния на условия комфортности жизни. Большую сложность при решении данной проблемы представляет разнообразная морфология городской застройки и природных ландшафтов. Решение задач данного блока требует комплексного подхода, включающего в себя совершенствование существующей микромасштабной математической модели городской атмосферы, лабораторное моделирование конвективных течений для различных морфотипов, в том числе и при наличии внешней вентиляции, анализ метеоданных и результатов численных расчетов. 

Руководитель проекта:

Фрик Петр Готлобович, д.ф.-м.н., зав. лаб. ИМСС УрО РАН (г. Пермь)

• Назад
• Вперед