Слайд 1 - Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН

Лаборатория моделирования атмосферного переноса
Лаборатория создана в Институте физики атмосферы им. А.М.Обухова РАН в ноябре 1996 года.
Первоначальное название – Лаборатория моделирования процессов переноса и влияния орографии
(ЛМППВО). В апреле 2002 года переименована в Лабораторию моделирования атмосферного
переноса (ЛМАП). Основатель и заведующий лабораторией – Игорь Григорьевич ГРАНБЕРГ.
Эмиссия и перенос пустынного аэрозоля
Экспедиционные исследования, проведённые в Калмыкии и
Приаралье в 1991-2004гг., показали, что, наряду с поступлением
в атмосферу аэрозоля при пыльных бурях, большое количество
мелкодисперсного аэрозоля поступает в атмосферу за счёт термического выноса с неоднородно нагреваемой подстилающей
поверхности.
Было установлено, что термический
вынос происходит практически ежедневно в жаркое время года над значительными территориями, и в сухую
жаркую погоду над песчаными барханными ‘блюдцами’ на высоте 1-2 м возникают микроинверсии температуры и
влажности. По нашим наблюдениям,
этот процесс происходит при температуре воздуха выше 25С и относительРазные стадии термического выноса аэрозоля,
ной влажности менее 40%.
включая образование пыльного ‘пузыря’ (внизу
<1
1-3
Содержание,
%
6.2
2.9
3-5 5-10 10-20 20-50 50-250
Калмыкия
0.7 0.5
Дубаи
Содержание,
%
1.78 0.44 0.11 0.34
0.5
2.5
86.6
В связи с проблемой начального развития тропических вихревых циклонов
установлены пороговые условия генерации циклонической завихренности за
счет механизма диссипативно-центробежной неустойчивости, реализуемой на
фоне антициклонического вращения при оптимальном числе Рейнольдса,
связанном с коэффициентом приземного трения. Получена оценка скорости
производства полного момента количества движения при развитии диссипативно-центробежной неустойчивости, согласующейся с известными статистическими данными для тропических циклонов.
слева), поднимающегося в верхнюю часть
атмосферного пограничного слоя
Относительное содержание в грунте пустынь
частиц различных размеров.
В составе агрегатных частиц грунта новых
пустынь (Калмыкия) содержится значительно
больший процент тонкодисперсной фракции, чем в
старых пустынях.
Размер
частиц, мкм
Тропические циклоны
100
С, мкг/м3
10
а
Статистика тайфунов за 30 лет (1970-1999)
по данным банка Гидрометцентра РФ
0.15-0.2 мкм
0.4-0.7 мкм
1.0 - 2.0 мкм
Линейный нетиповой механизм диссипативно-центробежной
неустойчивости (ДЦН) тропических возмущений на начальной стадии
развития тропических циклонов. Стрелки указывают направление
радиальных токов, отвечающих конвергенции в нижней части тропосферы
и дивергенции в верхней части, где преобладает антициклоническая
завихренность.
1
0,1
t
0.15
0.35
96.36
0,01
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
1
0.18 - 0.55 мкм
Вследствие термодиффузионного про- 0,8 K
0.18 - 1.5 мкм
0.55 - 1.5 мкм
цесса аэрозольные частицы вначале 0,6
скапливаются под микроинверсион- 0,4
0,2
ными слоями (поэтому концентрация б 0
частиц растет с высотой), а затем, -0,2
вследствие сильного температурного -0,4
t
(вертикального и горизонтального) -0,6
-0,8
градиента, разрушающего микроин- 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Массовые концентрации аэрозоля разных
версии, проходят сквозь них; далее, в
размеров (а) и их корреляции между собой (б).
виде вихрей – стоячих неподвижных
Осушённое дно Аральского моря.
термиков или dust-devils – или просто
конвективных потоков, поднимаются
выше.
Конвекция
Схематическое изображение структуры
атмосферного пограничного слоя в
пустынных регионах
Построение гидродинамической модели поля ветра по радиальному профилю
наземного давления показало, в частности, что:
1. Конфигурация поля ветра и динамических характеристик относительно Земли
в движущемся тайфуне существенно зависит от направления его перемещения.
2. Отклонение от гидростатического баланса в центре глубокого тайфуна может
достигать 0,1 g – т.е. ≈ 1 м/с.
Влияние орографии
на воздушные течения
____________________________________________
Основной слой инверсии температуры
H ≈ 1 км
____________________________________________
Аэрозольные облака
Пылевые столбы; «пыльные дьяволы»
____________________________________________
Слой микроинверсий температуры и влажности
Неустойчивый атмосферный поверхностный слой
H = 0,5 – 1 м T = 25 – 30°C
____________________________________________
Адвекция
Вычисление поля ветра и спиральности в неподвижном и движущемся
тайфуне. Поле изотах горизонтальной скорости ветра (в м/с) слева и поле
изоспиральности (м/с) справа. А, д – относительно центра тайфуна. Б – з –
относительно Земли при перемещении тайфуна со скоростью 7 м/с: б, е –
на запад, в, ж – на север, г, з – на северо-восток.
Как показали расчёты, компоненты вихря скорости и спиральности одного
и того же порядка; причём, наибольшие по абсолютному значению по
полярному углу, а не по вертикали. Это связано с особенностью
неинерциальной (цилиндрической) системы координат.
Пространственное распределение аэрозоля в
атмосферном пограничном слое. Лидарные измерения
с борта самолёта на высоте 1 км в Калмыкии.
Анализ полученных характеристик
атмосферного пограничного слоя над
барханными поверхностями в аридных
регионах позволяет выдвинуть гипотезу
о его тонкой структуре, схематически
приведенную на рисунке.
В лаборатории создана трёхмерная
негидростатическая численная модель обтекания воздушными потоками горных массивов, с помощью
которой решены задачи обтекания
Украинских Карпат, гор Кипра и
Израиля.
Закрученные вихревые течения
в различных природных явлениях
В ходе наших исследований установлено,
что однородно-винтовые течения отвечают минимальной скорости диссипации
кинетической энергии потока и это обеспечивает их энергетическую оптимальность и широкую реализуемость в
природе (торнадо, закрученные потоки в
технических и биологических системах).
Проведена реконструкция трехмерного
поля скорости для закрученного потока
крови в аорте по данным МР-велосиметрии.
05
050
005
05
001
а
005
B
D
C,
50
0
50
100
500
500
,,BCD
Атмосферный перенос
50
05
Проведены расчёты переноса углекислого газа из промышленных
районов Западной Европы на территорию Центральной и Восточной
Сибири в рамках российско-французского проекта YAK-AEROSIB.
050
050
001
05
050
,,BCD
Трехмерная динамическая реконструкция
аорты по данным МР-томографии
б
Начало наполнения,
сшивка с остаточным
потоком
Перенос и осаждение аэрозоля (мкг/м3)
в атмосфере над оз. Байкал. Лидарные
измерения на маршруте м. Орсо – м.
Крестовский.
Обтекание Кипра. Изолинии отклонения
поверхностей потенциальной температуры от
невозмущённого состояния (а) и их вертикальные
разрезы (б). Ветер западный, 10 м/с.
Пример построения трёхмерных обратных
траекторий переноса пассивной примеси.
Численная модель NOAA HYSPLIT.
Изометрическая фаза,
перестройка потока на
трабекулы изгнания
Конец наполнения,
закрытие митрального
клапана
Изгнание в аорту
Этапы эволюции
внутрисердечного потока крови