Математическое моделирование мезоклиматов и переноса примеси в атмосфере для целей природоохранного прогнозирования

• Автор: Пьянова, Эльза Андреевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Мезомасштабная модель гидродинамики атмосферы в области

со сложным рельефом .

1.1 Основные уравнения модели

1.2 Граничные условия

1.3 Расчет коэффициентов турбулентного обмена.

1.4 Расчет температуры подстилающей поверхности.

1.5 Фазовые переходы влаги

Заключение
Глава 2. Реализация численной модели на основе интегрального тождества и методов расщепления
2.1 Интегральное тождество.
2.2 Учет рельефа
2.3 Сеточная область
2.4 Расщепление по физическим процессам. Аппроксимация интегрального тождества по времени.
2.5 Построение дискретных аппроксимаций по пространству для этапа переноса и турбулентного обмена. Расщепление по пространственным переменным .
2.6 Построение аппроксимаций по пространству для этапов согласования и учета фазовых переходов влаги.
2.7 Описание комплекса программ.
Заключение
Глава 3. Модель переноса пассивной примеси над сложным рельефом
3.1 Модель переноса примеси.
3.2 Численная реализация задачи о переносе пассивной примеси
3.3 Численные эксперименты по моделированию динамикиатмосферы
и переноса примеси в долинах.
3.4 Моделирование переноса примеси в ЧитиноИнгодинской впадине
3.4.1 Климат Читы.
3.4.2 Моделирование микроклимата.
3.5 Моделирование микроклиматических особенностей межгорных
котловин на примере района Удокана.
3.5.1 Климат Удокана
3.5.2 Моделирование микроклимата межгорных котловин
3.5.3 Моделирование переноса примеси в районе Удокана
3.6 Сравнение моделей переноса примесей в атмосфере в рамках Эйлерова и Лагранжевого подходов
Заключение
Глава 4. Исследование влияния водохранилищ на мезоклиматрегиона
4.1 Методика расчета зоны влияния водохранилища на атмосферу прилегающей территории
4.2 Использование в математическом моделировании ГИСтсхнологий для получения данных о подстилающей поверхности и анализа результатов расчетов
4.3 Климат исследуемых регионов.
4.4 Моделирование изменений мезоклимата в районе БоГЭС .
4.4.1 Описание результатов экспериментов ..
4.5 Моделирование изменений мезоклимата в районе МоГЭС.
4.5.1 Описание результатов экспериментов.
Заключение.
Заключение
Литература


Широкое распространение, при решении мезо-метеорологических задач динамики атмосферы получили методы расщепления по физическим процессам и по координатным направлениям [, ]. Важную роль при построении дискретных уравнений на каждом этапе расщепления играет качество'получаемых разностных схем. Кроме аппроксимации и устойчивости немаловажными свойствами являются монотонность, консервативность и транспортивность [, ]. Многие существующие разностные схемы для дифференциальных уравнений в частных производных, будучи аппроксимирующими и устойчивыми, являются немонотонными, т. Поэтому при конструировании разностных аппроксимаций уравнений динамики атмосферы. Так, например, применяются различные операторы сглаживания [], используются гибридные схемы [], строятся алгоритмы коррекции конвективных потоков (TVD [7], ENO [6], TVB [8]), используются многослойные схемы []. Общим недостатком всех этих подходов является наличие условных монотонизирующих соотношений. В работах [, 1] предлагается в рамках вариационных принципов построение дискретно-аналитических монотонных численных схем второго порядка аппроксимации по пространству для уравнений переноса с диффузией, т. Кориолнса. При построении дискретных аппроксимаций- используется, алгоритмический аппарат локально сопряженных задач, в. Это1 важно для задач в областях произвольной структуры. Отсутствие свойства транспортивности в численных-задачах о переносе приводит к распространению субстанций против'несущего потока. Разностные схемы, не являющиеся консервативными, могут привести при расчетах к физически необоснованному появлению или исчезновению массы и других консервативных величин []. Таким образом, отсутствие указанных свойств консервативности, монотонности и транспортивности у разностных схем, используемых при численном решении задач физики атмосферы, может приводить к «вычислительным» искажениям искомых полей мстеоэлементов. В связи с вышесказанным актуальным является создание новой версии численной мезомасштабной модели гидротермодинамики атмосферы и пере-. Цель диссертации: разработать мезомасштабную математическую модель гидротермодинамики атмосферы и переноса пассивной примеси в областях со сложным рельефом и с термически неоднородной подстилающей поверхностью. А также провести сценарные оценки зоны влияния Богучанского и проектируемого Мотыгинского водохранилищ на атмосферу прилегающих районов. Научная новизна. Проведено сравнение предложенной в диссертационной работе модели переноса примеси с моделью в Лаграижевой постановке. Предложенные: математические: модели применены ДЛЯ' исследования: особенностей формирования мезоклиматови процессов. Читнно-Ингодинской впадины и в районе Удо-кана. Новизной работы также является, использование геоинформационных; технологий в составе разработанного комплекса моделей и программ, которое облегчило получение входной информации о подстилающей поверхности исследуемых территорий и расширило возможности для* анализа результатов расчетов и для подготовки иллюстративного материала. Практическая ценность. Данные проведенных в диссертации исследова-. Читино-Ингодинской впадине и в районе Удокапа могут быть использованы при подготовке предложений по планированию индустриального строительства и организации различных природоохранных мероприятий. Результаты численных сценарных исследований возможного влияния Богучанского и Мотыги не ко го водохранилищ на мезоклимат прилегающих территорий были использованы в МП ЦЭО «Эколайн» и в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН при составлении предварительной оценки воздействия на окружающую среду (ПредОВОС). Модель динамики атмосферы и переноса примеси, над сложным рельефом реализована в виде комплекса программ. Программный комплекс организован таким образом, что его можно адаптировать к условиям различных регионов с неоднородной орографией;. Достоверность. Работа модели динамики атмосферы и переноса примеси над сложной орографией апробирована па большом количестве тестовых примеров. Результаты расчетов и теоретический анализ численных алгоритмов-подтверждают адекватность предлагаемой в диссертации модели.