Новий балансовий по ентропії, енергії і кутовому моменту підхід до моделювання клімату та макротурбулентної динаміки атмосфери, тепломасопереносу в макромасштабі. ІІI. Низькочастотна апроксимація та сингулярності в полях метеоелементів

Автор(и)

  • О.Ю. Хецеліус
  • О.В. Глушков
  • О.Н. Софронков
  • С.М. Степаненко
  • А.А. Свинаренко

DOI:

https://doi.org/10.18524/0367-1631.2021.59.227306

Ключові слова:

макротурбулентні атмосферні процеси, тепломасообмін, низькочастотне наближення, баланс енергіїї, кутового моменту та ентропії

Анотація

Введено узагальнене низькочастотне наближення при записі співвідношень балансу енергії, кутового імпульсу і ентропії в задачах моделювання клімату і макротурбулентної динаміки атмосфери, тепло-масо-переносу на макрорівні, що дозволяє значно спростити основні фундаментальні рівняння. Новий нестаціонарний підхід до моделювання глобальних механізмів кліматичних і макротурбулентних атмосферних низькочастотних процесів, включаючи процеси тепло-масо-переносу, ефекти телеконекції і т.і. викладено і базується на використанні балансових співвідношень для ентропії, енергії, кутового моменту, спектральної теорії атмосферної макротурбулентності і кругообігу вологи в зв'язку з безперервністю форм атмосферної циркуляції (телеконнекція та генезис фронтів). Визначені і проаналізіровані фізичні сингулярності в полях метеорологічних елементів і балансі кутового моменту, а також узагальнена модель Аракави-Шуберта.

Посилання

Buyadzhi V., Sofronkov A.N., Glushkov A.V.,Khetselius O., Dubrovskaya Yu., Svinarenko A. New energy, angle momentum and entropy balance approach to modelling climate and macroturbulent atmospheric dynamics, heat and mass transfer at macroscale. I. General Formalism// Phys. Aerodisp.Syst. 2018. Vol.55. P. 94-103.

Glushkov A.V., Khetselius O., Stepanenko S.N., Sofronkov A., Svinarenko A., Buyadzhi V. New energy, angle momentum and entropy balance approach to modelling climate and macroturbulent atmospheric dynamics, heat and mass transfer at macroscale. II. Computational algorithm// Phys. Aerodisp.Syst 2019. Vol.57. P. 104-113

Glushkov A., Khetselius O., Agayar E., Buyadzhi V., Romanova A., Mansarliysky V. Modelling dynamics of atmosphere ventilation and industrial city’s air pollution analysis: New approach//IOP Conf.Ser: Earth Env. Sci. 2017.Vol.92.012014.

Peixoto J.P., Oort A.H. Physics of Climate – N.-Y.: AIP.-1992.–520p.;

Matveev V., Physics of Atmosphere.-Moscow: Nauka, 1982.

Khokhlov V. N., Glushkov A. V., Tsenenko I. A. Atmospheric teleconnection patterns and eddy kinetic energy content: wavelet analysis. Nonlinear Processes in Geophysics. 2004, 11 (3), pp.295-301.

Ghil M., Kimoto M., Neelin J.D. Nonlinear dynamics and predictability in the atmospheric sciences//Rev.Geophys.-1991.-Vol.29.-P.46–55.

Wang C., ENSO, climate variability, and the Walker and Hadley circulations// In: The Hadley Circulation: Present, Past, and Future.- Eds Diaz H.F. and Bradley R.S.-Berlin: Springer.- 2004.-P.131-164.

Khetselius O.Yu., Forecasting evolutionary dynamics of chaotic systems using advanced non-linear prediction method// Dynamical Systems – Theory and Applications, Eds. J. Awrejcewicz et al.-2013.-Vol.1.-P.145-152.

Kurbatskii A. F., Computational modeling of the turbulent penetrative convection above the urban heat island in stably stratified environment // Journal of Applied Meteorology. 2001. V. 40. P.1748 -1761

Lu J., Araya S.P., Snyder W.H., Jr. Lawson R.E., A Laboratory Study of the Urban Heat Island in a Calm and Stably Stratified Environment. Part I: Temperature Field; Part II: Velocity Field // J. Appl. Meteor.1997. V.36. P.1377.

Glushkov A., Safranov T., Khetselius O., Ignatenko A., Buyadzhi V., Svinarenko A., Analysis and forecast of the environmental radioactivity dynamics based on methods of chaos theory: General conceptions//Env. Prob. 2016. Vol.1(2_. P.115.

Lin W., Chen L., Yu W., Ma H., Zeng Z., Lin J., Zeng S. Radioactivity impacts of Fukushima Nuclear Accident on atmosphere//Atm.Env. 2015.Vol.102. P.311-322

Korsakissok I., Mathieu A., Didier D., Atmospheric dispersion and ground deposition induced by the Fukushima Nuclear Power Plant accident: A local-scale simulation and sensitivity study// Atm.Env.-2013.-Vol.70.-P.267-279

Kang I., Lau K., Principal modes of atmospheric circulation anomalies associated with global angular momentum fluctuations//J.Atm.Sci.-1994.-Vol.51.-P.1194.

Wang, C. ENSO, climate variability, and the Walker and Hadley circulations. The Hadley Circulation: Present, Past, and Future (Springer).-2004.

Boer G.J., Sargent N.E. Vertically integrated budgets of mass and energy for the globe // J. Atmos. Sci.-1985.-Vol. 42.-P.1592-1613.

Trenberth K.E., Stepaniak D.P., Caron J.M. Interannual variations in the atmospheric heat budget // J. Geophys. Res.-2002.-Vol.107.-P.4.1-4.15.

Fyfe J., Boer G., Flato G., Predictable winter climate in the North Atlantic sector during 1997–1999 ENSO cycle// Geophys.Res.Lett.- 1999.-Vol.26.- P.1601-1604

Glushkov A.V., Ambrosov S. Atmospheric moisture circulation and singularities in the angular momentum balance//Meteor., Climat., Hydr. 1999. N38. P.54-58.

Glushkov A.V., Efimov V.A., Kivganov A.F., Modelling climate as a problem of interaction of the solitons triplete//Meteor., Climat., Hyd.-1999.-Issue 38.-P.3-8.

Glushkov A., Khetselius O., Ambrosov S., Bunyakova Yu., Mansarliysky V., The use of microsystems technology "Geomath" to modeling the balance of the angular momentum of the Earth, atmospheric processes and parameters of radio waveguides: III. Nonstationary theory//Sensor Electr. and Microsyst. Techn.-2013.- Vol.10, N1-P.22-28.

Glushkov A.V., Renorm-group and fractal approach to turbulence spectrum in planetary atmosphere system, “cosmic plasma – galactic cosmic rays”//Ukrainian Hydrometeorology Journal-2013.-№12.-C.25-30.

.Glushkov A.V., Buyadzhi V.V., Ponomarenko E.L., Geometry of Chaos: Advanced approach to treating chaotic dynamics in some nature systems// Proc. Intern. Geom. Center.-2014.-Vol.7(1).-P.24-30.

Sofronkov A., Khetselius O., Glushkov A., Buyadzhi V., Romanova A., Ignatenko A., New geophysical complex-field approach to modelling dynamics of heat-mass-transfer and ventilation in atmosphere of the industrial region// Phys. Aerodisp. Syst.–2018.–Vol.55.–P.104-111

Gubanova E., Glushkov A., Khetselius O., Bunyakova Yu., Buyadzhi V., Pavlenko E., New methods in analysis and project management of environmental activity:

Electronic and radioactive waste. Kharkiv: FOP.-2017.-120P.

Wittman, M. A. H., Charlton, A. J. and Polvani, L. M., On the meridional structure of annular modes// J. Climate,-2005.-Vol. 18.-P.2119–2122.

Voss R. and Mikolajewicz U., Long-term climate changes due to increased CO2 concentration in the coupled atmosphere-ocean general circulation model ECHAM3/LSG// Climate Dynamics.-2001.-Vol.17.-P.45–60

Arakava A., Shubert W.H., Interaction of cumulus cloud ensemble with the lerge-scale environment//Journ. of Atm. Sci.-1974.-Vol.31.-P.674-701.

Rusov V.D., Glushkov A.V., Vaschenko V.N., Myhalus O.T., Bondartchuk Yu.A., Smolyar V.P., Linnik E.P., Mavrodiev S.C., Vachev B.I., Galactic cosmic rays – clouds effect and bifurcation model of the Earth global climate. Part 1. Theory // J. Atm.c and Solar-Terrestrial Phys.-2010.-Vol.72.-P.498-508.

Khetselius O.Yu., Hyperfine structure of atomic spectra.-Odessa: Astroprint, 2008.

Glushkov A.V., Khetselius O.Yu., Svinarenko A.A., Buyadzhi V.V., Methods of computational mathematics and mathematical physics. P.1. TES: Odessa, 2015.

Rusov V., Pavlovich V., Vaschenko V., Tarasov V.A., Zelentsova T.N., Geoantineutrino spectrum and slow nuclear burning on the boundary of the liquid and solid phases of the Earth's core// J. Geophys. Res.: Solid Earth 2007, Vol. 112 (B9).

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-03-26

Номер

Розділ

Газодинаміка