Том 30, номер 06, статья № 10

Аннотация:

Обсуждаются вопросы создания системы моделирования для исследования климато-экологических проблем урбанизированных территорий, подвергающихся природным и антропогенным воздействиям. Рассматриваются типичные задачи: формирование мезоклиматов и качества атмосферы городских агломераций на фоне глобальных процессов в условиях конкретных регионов. Для решения прямых и обратных задач этого класса используются модели гидротермодинамики, модели переноса и трансформации различных субстанций в газовом и аэрозольном состояниях. Технология моделирования строится на основе вариационных принципов с использованием концепции сопряженных интегрирующих множителей. Это обеспечивает согласованное объединение всех моделей, построение численных схем и оперативное усвоение данных наблюдений от различных средств мониторинга. Предложен новый алгоритм реализации модели параметризации процессов вертикального турбулентного обмена при произвольной стратификации атмосферы. Приведены результаты сценариев формирования типичных мезоклиматов и распространения примесей в атмосфере Новосибирской городской агломерации.

Ключевые слова:

вариационный принцип, модели гидродинамики и химии атмосферы, усвоение данных, параметризация вертикальной турбулентности, мезоклиматы, перенос примесей, городская агломерация, Новосибирск

Список литературы:

1. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. 319 с.
2. Марчук Г.И., Пененко В.В., Алоян А.Е. Лазриев Г. Численное моделирование микроклимата города // Метеорол. и гидрол. 1979. № 8. С. 5–15.
3. Пененко ВВ. Методы численного моделирования атмосферных процессов. Л.: Гидрометиздат, 1981. 352 с.
4. Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды Новосибирск: Наука, 1985. 256 с.
5. Integrated systems of meso-meteorological and chemical transport models / Eds. A. Baklanov, A. Machura, R. Sokhi. Heidelberg; Dordrecht: Springer, 2011. 242 p.
6. Seamless prediction of the Earth system: from minutes to months. Geneva: WMO, 2015. 471 p.
7. Oke T. Boundary layer climates. Routledge, 2002. 464 p.
8. Atmospheric Boundary layers. Nature, theory, and application to environmental modeling and security / Eds. A. Baklanov, B. Grisogono. Springer Science + Business Media, 2007. 241 p.
9. Bocquet M., Elbern H., Eskes H., Hirtl M., Žabkar R., Carmichael G.R., Flemming J., Inness A., Pagow-ski M., Pérez Camaño J.L., Saide P.E., San Jose R., Sofiev M., Vira J., Baklanov A., Carnevale C., Grell G., Seigneur C. Data assimilation in atmospheric chemistry models: current status and future prospects for coupled chemistry meteorology models // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15. P. 5325–5358. DOI: 10.5194/acp-15-5325-2015.
10. Пененко В.В. О концепции природоохранного прогнозирования // Оптика атмосф. и океана. 2010.  T. 23, № 6. C. 432–438.
11. Penenko V., Baklanov A., Tsvetova E., Mahura A. Direct and Inverse Problems in a Variational Concept of Environmental Modeling // Pure Appl. Geophis. 2012. V. 169. P. 447–465. DOI: 10.1007/s00024-011-0380-5.
12. Пененко В.В., Цветова Е.А., Пененко А. В.Развитие вариационного подхода для прямых и обратных задач гидротермодинамики и химии атмосферы //Изв. АН. Физ. атмосф. и океана. 2015. T. 51, № 3. C. 358–367.
13. Пененко В.В., Цветова Е.А., Пененко А.В. Методы совместного использования моделей и данных наблюдений в рамках вариационного подхода для прогнозирования погоды и качества состава атмосферы // Метеорол. и гидрол. 2015. № 6. C. 13–24.
14. Пененко В.В., Цветова Е.А. Вариационные методы построения монотонных аппроксимаций для моделей химии атмосферы // Сиб. ж. вычисл. матем. 2013. Т. 16, № 3. С. 239–252.
15. Penenko V.V., Tsvetova E.A., Penenko A.V. Variational approach and Euler’s integrating factors for environmental studies // Comput. Math. Appl. 2014. V. 67, N 12. P. 2240–2256. DOI: 10.1016/j.camwa. 2014.04.004.
16. Langland R.H., Chi-Sann Liou. Implementation of an E – e parametrization of vertical subgrid-scale mixing in a regional model // Month. Weather Review. 1996. V. 124, N 5. P. 905–918.
17. Penenko V.V., Tsvetova E.A. A variational approach to environmental and climatic problems of urban agglomeration // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2016. V. 48, UNSP 012020. DOI: 10.1088/1755-1315/48/1/ 012020.