Моделирование электро- и термодинамических процессов в приземном слое атмосферы

• Автор: Болдырев, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРИВОДНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ.

1.1 Состояние проблемы исследования приводного слоя атмосферы

1.2 Анализ основных гидро и термодинамических уравнений применительно к приводному слою

1.3 Постановка задачи о численном моделировании

1.4 Численная схема решения и ее устойчивость

1.5 Результаты численного моделирования

Основные результаты главы 1

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРИЗЕМ ЮМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

2.1 Постановка задачи о моделировании электрической структуры приземного слоя с учетом турбулентного и конвективного переносов.
2.2 Анализ уравнений электродного эффекта в атмосфере с учетом турбулентного и конвективного переносов
2.3 Численная схема решения и ее устойчивость
2.4 Анализ результатов численного моделирования
2.4.1 Моделирование структуры электродного слоя в различных физических условиях
Основные результаты главы 2
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ В ПРИЗЕМНОМ ПРИВОДНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
3.1 Исследования гидротермодинамического состояния приводного слоя атмосферы.
3.1.1 Приборы и методика градиентных измерений характеристик приводного слоя .
3.1.2 Распределение температуры в приводном слое
3.1.3 Турбулентный поток тепла и затраты тепла на испарение.
3.1.4 Корреляционный анализ рядов метеорологических параметров
3.2 Экспериментальные исследования электрических характеристик приземного слоя.
3.2.1 Описание пунктов наблюдений за атмосферным электричеством
3.2.2 Аппаратура для проведения наблюдений.
3.3 Результаты экспериментальных наблюдений и их анализ
Основные результаты главы 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы


На основе градиентных измерений метеорологических параметров приводного слоя атмосферы в акватории Азовского моря исследована гидротермодинамическая структура приводного слоя и составляющие теплового баланса. Экспериментально исследованы электрические характеристики приземного слоя в горной местности. Достоверность н обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается статистически надежными данными о термодинамической структуре приводного слоя и атмосферноэлектрическими наблюдениями в горной местности, корректностью поставленных задач моделирования и методов их решения, а также хорошим согласованием теоретических и экспериментальных результатов. Модель гидротермодинамического состояния приводного слоя с учетом турбулентного перемешивания и конвективного переноса. Механизм образования температурной инверсии вблизи водной поверхности. Модель электрического состояния нестационарного приземного слоя с учетом турбулентного перемешивания и конвективного переноса. Результаты экспериментальных исследований электрических характеристик приземного слоя в горной местности. Публикации результатов и личный вклад автора. Основные результаты диссертационного исследования изложены в работах (из них 2 статьи в реферируемых журналах). Соискатель принимал непосредственное участие в проведении экспериментальных исследований, обработке результатов измерений, проведении анализа экспериментальных данных. Постановки задач выполнены совместно с научным руководителем. Автору принадлежат реализация численных моделей, проведение расчетов и их интерпретация. Ценная помощь в постановке задачи моделирования и выбора численного метода решения оказана доц. А.Г. Клово. Обсуждение отдельных разделов работы проводилось с проф. Г.Г. Щукиным и проф. А.И. Сухиновым. Апробации работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-7, г. Санкт-Петербург, ), 8, 9 и -й Международных конференциях «Математические модели физических процессов и их свойства» (Таганрог, , , ), Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (Нальчик, ), 5 и 6-й Российских конференциях по атмосферному электричеству (Владимир, ; Нижний Новгород, ), Всероссийской конференции по селям (Нальчик ), International Conference on Atmospheric Electricity ICAE (Beijing, China), научных семинарах кафедры физики Таганрогского государственного радиотехнического университета (Таганрог, - ). Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы. Общий объем работы составляет 9 страницы, включая рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 6 наименований. Изучению особенностей приземного слоя атмосферы посвящено достаточно много литературы. Однако гидротермодинамическая структура приводного слоя исследована недостаточно хорошо. Это, с одной стороны, объясняется сложностью проведения длительных экспериментальных исследований над поверхностью морей и океанов, с другой стороны, недостаточной изученностью механизмов формирования приземного слоя атмосферы над водной поверхностью. Обсуждение и анализ результатов градиентных наблюдений приводного слоя приведены в главе 3. Для описания гидротермодинамических процессов в приводном слое в дальнейшем будем рассматривать водяной пар как нейтральную примесь. Прежде всего, это связано с расположением источников, их мощностью, а также химическими и физическими свойствами самих аэрозолей, таких как способность осаждения (прежде всего тяжелые аэрозоли), «зависания» в воздухе (легкие аэрозоли), способность к гомогенной нуклеации и коагуляции. Также неоднородность распределения примесей связана с погодными условиями. Осадки вымывают аэрозоли, тем самым изменяя их концентрацию по вертикали, ветер и бури вызывают перемещение аэрозолей в пространстве, определяя распределение концентраций по горизонтали. Основным источником данных о концентрациях аэрозолей, а также их пространственно-временном распределении в атмосфере являются наблюдения. Исторически первыми были наземные наблюдения за скоростью ветра, температурой и давлением.