- Информация о материале
- Категория: Конкурсы Российского научного фонда (РНФ)
- Опубликовано: 08 декабря 2022
- Просмотров: 676
Аннотация проекта:
Общая циркуляция атмосферы в большой степени обусловлена нагревом солнечным излучением и имеет конвективную природу. Неоднородное распределение солнечного излучения приводит к появлению горизонтальных градиентов температуры и формированию крупномасштабного дифференциального движения в атмосфере. Неустойчивость крупномасштабной циркуляции атмосферы приводит к появлению вихрей различного масштаба, которые оказывают колоссальное влияние на жизнедеятельность человека. Так циклоны и антициклоны синоптического масштаба в значительной степени определяют изменения погоды. Все чаще наблюдаются аномальные погодные явления, такие как струйные вторжения холодных масс воздуха, приводящие к резкой смене погоды.
В силу того, что повлиять на крупномасштабные атмосферные движения невозможно, ключевой проблемой является улучшение прогноза динамики течений различного масштаба, которое позволит значительно снизить риски в различных сферах жизнедеятельности человека, особенно в сельском хозяйстве. Развитие прогностических систем требует решения ряда фундаментальных проблем, в том числе связанных с формированием и динамикой дифференциального вращения в конвективной среде.
Целью проекта является реализация лабораторной модели общей циркуляции атмосферы. Лабораторное моделирование было и до сих пор остается эффективным подходом для исследования геофизических течений различных масштабов. Лабораторная модель общей циркуляции атмосферы необходима для лучшего понимания базовых особенностей эволюции и динамики сложного течения, сочетающего меридиональную конвективную циркуляцию и интенсивные зональные течения. Реализация такой лабораторной модели является нетривиальной задачей. Наибольшую сложность представляет организация меридиональной конвективной циркуляции состоящей из трех крупномасштабных ячеек, моделирующих ячейки Хэдли, Ферреля и полярную. Подбор основных параметров, таких как геометрические размеры, интенсивность нагрева и охлаждения, наклон дна (учет бета-эффекта) определяет поисковый характер проекта.
Конкретно, в ходе выполнения проекта будет проведено лабораторное исследование дифференциального вращения в случае нагрева на периферии и охлаждения в центре вращающегося слоя (лабораторный аналог глобальной атмосферной циркуляции) и нагрева в центре и охлаждения на верхней границе (лабораторный аналог тропического циклона). Эксперименты будут проведены для широкого интервала управляющих параметров, различных конфигураций распределения температуры (потоков тепла) на верхней и нижней границах, в том числе и с учетом бета-эффекта (в слое переменной толщины). Целью экспериментального исследования является выявление основных параметров влияющих на структуру меридиональной циркуляции во вращающемся слое, с разнесенными по высоте и радиусу источниками тепла и холода, и подбор конкретных значений основных параметров, позволяющих реализовать трехячеистую структуру, подобную структуре общей циркуляции атмосферы.
Проект будет реализован в лаборатории физической гидродинамики Института механики сплошных сред УрО РАН. Уникальная экспериментальная база для исследований конвективных течений во вращающихся прозрачных средах, созданная в лаборатории и высокая квалификация участников проекта, дает уверенность в успешной реализацию проекта, носящего выраженный поисковый характер и получить задел в новой для научного коллектива тематике.
Руководитель проекта:
Сухановский Андрей Николаевич, д.ф.-м.н., с.н.с. ИМСС РАН (г. Пермь)
Задачи проекта:
Проект направлен на создание и апробацию лабораторной модели общей циркуляции атмосферы.
В настоящее время, наиболее широко используемая модель общей циркуляции атмосферы представляет собой зазор между двумя коаксиальными цилиндрами, на стенках которых задаются различные значения температуры. Этот подход достаточно эффективно моделирует крупномасштабную циркуляцию в средних широтах, в частности динамику антициклонов. Однако общая циркуляция атмосферы имеет более сложную структуру и состоит из нескольких ячеек (Хэдли, Ферреля и полярной), сезонная интенсивность которых может заметно варьироваться. Учет этих эффектов при описании циркуляции атмосферы требует нового подхода. Участники проекта, варьируя толщину слоя, расстояние между источниками нагрева и охлаждения, их интенсивность и наклон дна планируют реализовать меридиональную циркуляцию в виде трех ячеек. Реализованная лабораторная модель послужит основой для решения целого комплекса задач.
Для реализации лабораторной модели общей циркуляции атмосферы необходимо решить ряд конкретных задач:
- влияние интенсивности нагрева и охлаждения на структуру меридионального и азимутального течений.
- влияние скорости вращения на структуру меридионального и азимутального течений. В качестве основных параметров характеризующих эффекты вращения будут использоваться термическое число Россби и число Тейлора.
- влияние наклона дна на структуру меридионального и азимутального течений. Данный блок направлен на изучение роли бета-эффекта (изменения силы Кориолиса с широтой) на формирование крупномасштабных течений.
Материалы по теме:
Презентация основных результатов первого года проекта
Видео (во вращающейся системе отсчета, ускоренное в 10 раз):
0.48 рад/c Rот=0.2
0.37 рад/c Roт=0.4
