Исследование опасных быстроразвивающихся конвективных процессов в Северо-Кавказском регионе РФ

• Автор: Шаповалов, Максим Александрович
• Шифр специальности: 25.00.30
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 128 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПАСНЫХ БЫСТРОРАЗВИВАЮЩИХСЯ КОНВЕКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ

1.1 Опасные гидрометеорологические процессы на территории Северного Кавказа

1.2 Основные физические представления о формировании быстроразвивающихся конвективных процессов

1.3 Радиолокационное обнаружение облаков, осадков, молний

1.4 Модели мощных конвективных облаков с учетом электрических процессов

Глава 2. ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ КОНВЕКТИВНОГО ОБЛАКА С УЧЕТОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.1 Описание численной модели конвективного облака с учетом термодинамических, микрофизических и электрических процессов

2.2 Численные методы и алгоритмы расчетов системы уравнений модели

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ, МИКРОСТРУКТУРНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕКТИВНЫХ ОБЛАКОВ
3.1 Результаты численного моделирования мощного грозового
облака
3.2 Исследование трансформации микроструктурных и электрических параметров мощных конвективных облаков
3.3 Динамика параметров конвективного облака на стадии роста

Глава 4. ОБНАРУЖЕНИЕ И РАСПОЗНАВАНИЕ ОПАСНЫХ КОНВЕКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ
4.1 Современные технические средства дистанционного зондирования атмосферы и грозопеленгации
4.2 АРМ объединения радиолокационной и грозопеленгационной информации
4.3 Алгоритмы и критерии распознавания опасных конвективных процессов
4.4 Методика анализа и текущего прогноза динамики опасных конвективных процессов
4.5 Некоторые результаты обработки данных грозопеленгации в Северо-Кавказском регионе
4.6 Чрезвычайные ситуации на Северном Кавказе вследствие гроз
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Безопасность жизнедеятельности людей и защита различных объектов от воздействия опасных явлений погоды, таких как: ливни, грозы, град, смерчи определяются следующими основными факторами. Во-первых, это степень их изученности, возможность математического описания физических процессов в них, оценка их потенциальных характеристик, математическое моделирование эволюции при определенных состояниях атмосферы. Во-вторых, это своевременное обнаружение опасных явлений радиотехническими средствами на большом удалении, оценка степени их опасности, прогноз траектории, скорости распространения, учащенный контроль их состояния и др.
Оба эти направления достаточно интенсивно развиваются в мире и в нашей стране. Совершенствуются модели, описывающие динамику грозоградовых процессов, развиваются наземные и космические средства мониторинга опасных явлений погоды (ОЯП), создаются оперативные региональные и государственного уровня центры штормового оповещения. Разрабатываются методы усвоения данных наблюдений и комплексирования информации, полученной по различных физическим каналам. В результате появились так называемые системы наукастинга, объединяющие мезомасштабные модели тропосферы и данные натурных наблюдений для текущего прогноза ОЯП.
Существенные результаты получены за последние десятилетия как по физике облаков, так и по радиолокационной метеорологии. Большой вклад в развитие метеорологической науки внесли коллективы ЦАО, ГГО, ВГИ, РГГМУ, ИЭМ и др. Математическое моделирование облаков получило широкое развитие в нашей стране (Е.Коган, Л.Качурин, В.Хворостьянов, И.Мазин, Б.Сергеев, М.Буйков, В.Бекряев, Р.Пастушков, Б.Ашабоков и др.) и за рубежом (Р.Орвил, Р.Фарлей, Т.Кларк и др.). Результаты численного
Несмотря на широкое распространение, представленный выше подход с параметризованной микрофизикой часто не достаточен для описания реального поведения спектра частиц, особенно при наличии ледяной фазы. Более того, облачные частицы, в отличие от формул «суммарной воды», действуют не линейно.
Другое направление в численном моделировании физики конвективных облаков представляют собой модели с детальной микрофизикой [6-8,29,66]. В них уравнения таковы, что позволяют спектру облачных частиц эволюционировать в соответствии с известной физикой (конденсация, коагуляция и др.). В большинстве таких моделей предполагается решение кинетических уравнений для функций распределения частиц по размерам или массам. Спектр частиц разбивают на множество (от 30 до 75) интервалов масс (размеров) [29]. Частицы, относящиеся к одному интервалу размеров, имеют одинаковые физические свойства (скорость седиментации, вероятность коагуляции и т.д.).
Использование детальных микрофизических уравнений в моделях облаков предпочтительно, т.к., в этом случае изменение его микроструктурных характеристик со временем описывается строгими физическими формулами. При использовании малого количества классов частиц в моделях с параметризованной микрофизикой (например, пяти) теряются индивидуальные физические свойства капель и ледяных кристаллов различных размеров в облаке. Следует отметить, что коэффициент гравитационной коагуляции является сложной функцией, зависящей от размеров взаимодействующих частиц, и замена его одним числом представляет собой слишком грубое приближение.
Трехмерные модели с детальным учетом как термодинамических, так и микрофизических процессов требуют существенно больше вычислительных ресурсов и затрат машинного времени. Тем не менее, результаты на их основе позволяют исследовать реальные физические процессы в облаках.
В работе [66] авторами учитывался физический процесс разделения