Численное моделирование атмосферных мезомасштабных процессов переноса примесей в окрестности города Кирова
Автор: Шатров Анатолий Викторович, Шварц Константин Григорьевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.3, 2010 года.
Бесплатный доступ
На основе трехмерной модели гидротермодинамики мезомасштабных процессов в нижнем слое атмосферы выведена новая квазидвумерная модель распространения примеси от антропогенного источника с учетом термической неоднородности подстилающей поверхности в окрестности крупного промышленного города. На основе метода параметризации определены граничные условия и коэффициенты модели. Представлены результаты численных расчетов. Расчеты производились с помощью распараллеленных алгоритмов на кластерном суперкомпьютере Вятского государственного университета. Они показали, что вследствие воздействия неоднородного горизонтального градиента температуры в нижней атмосфере над населенными пунктами формируются вихревые движения. Возмущенное поле ветра заметно влияет на характер распространения примеси в окрестности источников.
Адвекция, перенос примеси, двумерная модель, математическое и численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/14320518
IDR: 14320518 | УДК: 551.515:504.3:532.54
Numerical modeling of mesoscale atmospheric processes of transport of impurities in the vicinity of the city of Kirov
A quasitwo-dimensional model for impurity propagation from an anthropogenic source has been developed with regard to the thermal heterogeneity of an underlying surface in the vicinity of a large industrial city. The equations are derived using a three-dimensional hydro-thermodynamic model of mesoscale processes in the lower atmosphere. Boundary conditions and coefficients of the model are determined by parameterization techniques. The results of numerical calculations are presented. Calculations were implemented with the use of parallel algorithms on the cluster supercomputer of the Vyatka State University. It is shown that the vortex motion is formed in the lower part of the atmosphere over the city under the influence of a non-uniform horizontal temperature gradient. The perturbed wind field strongly influences the character of impurity distribution in the vicinity of the heat source.
Список литературы Численное моделирование атмосферных мезомасштабных процессов переноса примесей в окрестности города Кирова
- Белов П.Н., Щербаков А.Ю. Численное моделирование суточного хода метеорологических элементов в большом городе//Метеорология и гидрология. -1983. -№ 7. -С. 45-53.
- Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задач охраны окружающей среды. -Новосибирск: Наука, 1985. -256 с.
- Алоян А.Е. Динамика и кинематика газовых примесей и аэрозолей в атмосфере/Курс лекций. -М.: ИВМ РАН, 2002. -201 с.
- Кибель И.А. Гидродинамический краткосрочный прогноз в задачах метеорологии//Тр. Гидрометцентра СССР. -1970. -Вып. 48. -С. 3-18.
- Вельтищева Н.С. Трехмерная негидростатическая модель для описания циркуляции над городским островом тепла//Тр. Гидрометцентра СССР. -1979. -Вып. 219. -С. 66-82.
- Тарнопольский А.Г., Шнайдман В.А. Моделирование пограничного слоя атмосферы для городской застройки и пригородной зоны//Метеорология и гидрология. -1991. -№ 1. -С. 41-47.
- Аристов С.Н., Фрик П.Г. Динамика крупномасштабных течений в тонких слоях жидкости: Препр.//УрО РАН СССР, Ин-т механики сплошных сред. -Свердловск, 1987. -48 с.
- Аристов С.Н., Фрик П.Г. Крупномасштабная турбулентность в тонком слое неизотермической вращающейся жидкости//Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. -1988. -№ 4. -С. 48-55.
- Шварц К.Г., Шкляев В.А. Моделирование процессов переноса примеси в свободной атмосфере с помощью квазитрехмерной модели//Метеорология и гидрология. -2000. -№ 8. -С. 44-54.
- Шварц К.Г., Шкляев В.А. Численное моделирование мезомасштабных вихревых структур вблизи мощного горячего источника примеси в пограничном слое атмосферы//Вычислительная механика сплошных сред. -2009. -Т. 1, № 1. -С. 96-106.
- Гилл А. Динамика атмосферы и океана. -М.: Мир, 1986. -811 с.
- Schwarz K.G. Mesa-Scale Flows over Large City//In H.Branover and Y.Unger (eds.), Progress in Fluid Flow Research: Turbulence and Applied MHD, AIAA Progr. Ser. 182. -1998. -P. 271-279.
- Шварц К.Г. Модели геофизической гидродинамики/Учеб. пособие по спецкурсу. -Пермь: Перм. ун-т, 2006. -66 с.
- Рычков С.Л., Шатров А.В., Шварц К.Г. Математическое моделирование процессов переноса аэрозолей в атмосфере//Тр. Всеросс. научн. конф. с международным участием «Окружающая среда и устойчивое развитие регионов: новые методы и технологии исследований». Том III. Моделирование в охране окружающей среды. Общая экология и охрана биоразнообразия. -Казань: Изд-во «Бриг», 2009. -С. 84-88.
- Shvarts K.G., Shatrov A.V. Simulation of aerosol impurity in a ground boundary layer of above industrial center//European Aerosol Conference 2009, Karlsruhe, Germany, September 6-11, 2009. -Abstract T031AD1.
- Наумович Т.В., Рычков С.Л., Шатров А.В, Шварц К.Г. Комплекс программ по моделированию процессов переноса биотехнологических примесей в приземном слое в г. Кирове//IV Всеросс. научн. конф. по математ. моделированию развивающейся экономики и экологии ЭКОМОД-2009: Сб. трудов -Киров: Изд-во ВятГУ. -С. 256-269.
- Монин А. С. Теоретические основы геофизической гидродинамики. -Л.: Гидрометеоиздат, 1988. -422 с.
