CC BY
6Секция 4 89
Применение вычислительного комплекса моделей для прогноза погодных явлений в черте крупного города
А. В. Старченко1,2, Е. А. Данилкин1,2, Л. И. Кижнер1, Е. А. Шельмина1,3, С. Л. Одинцов2,1, С. А. Проханов1, А. И. Сваровский1, Д. В. Лещинский1,2, Е. А. Стребкова2,1 1Томский государственный университет 2Институт оптики атмосферы СО РАН
3Томский университет систем управления и радиоэлектроники
Email: starch@math.tsu.ru
DOI: 10.24412/cl-35065-2022-1-01-21
Целью работы является краткое описание развиваемой мезомасштабной модели и параллельного численного метода [1-3] для краткосрочного прогнозирования погодных явлений и качества атмосферного воздуха над крупным населенным пунктом и некоторые результаты ее применения для предсказания некоторых опасных погодных явлений (туман, порывы ветра, интенсивные осадки, ухудшение качества воздуха при слабом ветре и т. д.) для условий города Томск. Рассматриваются условия применения модели как с ассимиляцией данных наблюдений ЦКП "Атмосфера" ИОА СО РАН, так и без усвоения наблюдений, только используя для задания начальных и граничных условий результаты численного прогноза оперативной модели Гидрометцентра РФ ПЛАВ [4]. Для проверки качества численного предсказания мезомасштабной модели привлекаются не только данные наблюдений ЦКП "Атмосфера" и аэродромной метеостанции АМИС-РФ (аэропорт Томска), но и результаты численного прогноза известной модели Weather Research & Forecasting (NCAR).
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (код проекта 19-71-20042). Список литературы
1. Starchenko, A. V., Bart, A. A., Kizhner L. I., Danilkin, E. A. Mesoscale meteorological model TSUNM3 for the study and forecast of meteorological parameters of the atmospheric surface layer over a major population center // Tomsk State University J. of Mathematics and Mechanics. 2020. 66, P. 35-55.
2. Starchenko A., Shelmina E., Kizhner L. Numerical Simulation of Meteorological Conditions and Air Quality above Tomsk, West Siberia // Atmosphere. 2020. V. 11, N. 11. P. 1-15.
3. Starchenko, A. V., Danilkin, E. A., Prokhanov, S., Kizhner, L., Shelmina, E. A Supercomputer-Based Modeling System for Short-Term Prediction of Urban Surface Air Quality // Supercomputing Frontiers and Innovations. 2022. 9(1). P.17-31.
4. Толстых М. А., Фадеев Р. Ю., Шашкин В. В., Гойман Г. С., Зарипов Р. Б., Киктев Д. Б., Махнорылова С. В., Ми-зяк В. Г., Рогутов В. С. Многомасштабная глобальная модель атмосферы ПЛАВ: результаты среднесрочных прогнозов погоды // Метеорология и гидрология. 2018, № 11. С. 90-99.
Моделирование аэродинамики произвольного тела при движении в высоких слоях атмосферы на гиперзвуковых скоростях с учетом процесса ионизации воздуха
А. В. Стручков, Р. Н. Жучков, А. С. Козелков
Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева DOI: 10.24412/cl-35065-2022-1-01-22
В работе рассматривается задача физико-химической гиперзвуковой газовой динамики - движение тела конусовидной формы в высоких слоях атмосферы с гиперзвуковыми скоростями. В сильной ударной волне, возникающей в этом случае, часть кинетической энергии набегающего потока тратится на
90 Математические модели физики атмосферы, океана и окружающей среды
возбуждение внутренних степеней свободы молекул воздуха (вращательные, колебательные), что приводит к заметному снижению температуры в сжатом слое и уменьшению отхода фронта ударной волны от поверхности.
Для описания этих процессов в работе используется многотемпературная модель физической кинетики, в которой разделяются температура поступательного движения частиц и температура колебательного движения молекул. Суть модели диссоционно-колебательного взаимодействия состоит в том, что процессы колебательного возбуждения молекул учитываются при определении скоростей их диссоциации. На практике это означает, что константы скоростей диссоциации определяются с использованием поступательной и колебательной температуры.
Для описания химической кинетики авторами используется метод, основанный на расчете изменения компонент смеси за счет химических реакций, в результате которых одни компоненты взаимодействуют с другими с образованием новых компонент. Эти взаимодействия количественно регламентируются стехиометрическими соотношениями. Для описания химических превращений, происходящих в воздухе при температуре выше 9000° K с составом компонент O2, N2, O, N, NO, NO+, e-, используется модель Данна - Кэнга [1].
Представленная в работе физико-математическая модель применяется при расчете гиперзвукового (М=27.18) обтекания конусовидного тела на высоте 83.82 км и 70.104 км [2]. В подобных задачах практическое значение имеет точность расчета нагрева поверхности обтекаемого объекта. Учет физической кинетики позволяет получать наиболее приближенное к эксперименту распределение температур, которое оценивается по выходу электронов в пограничном слое в результате процесса ионизации.
Результаты получены при финансовой поддержке национального проекта "Наука и университеты" в рамках программы Минобрнауки РФ по созданию молодежных лабораторий № FSWE-2021-0009 (научная тема "Разработка численных методов, моделей и алгоритмов для описания гидродинамических характеристик жидкостей и газов в естественных природных условиях, и условиях функционирования индустриальных объектов в штатных и критических условиях на суперкомпьютерах петафлопсного класса"), а также при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке ведущих научных школ НШ-70.2022.1.5
Список литературы
1. Dunn M. G., Kang S. W. Theoretical and Experimental Studies of Reentry Plasmas. NASA CR-2232. 1973.
2. Lewis, C. H., Swaminathan, S., Kim M. D. Nonequilibrium Viscous Shock-Layer Flows over Blunt Sphere-Cones at Angle of Attack // American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1983. V. 20, iss. 4. P. 331-338
On the study of vibration of a coating-substrate system in the presence of a horizontal flat inclusion
I. S. Telyatnikov, A. V. Pavlova, M. N. Kolesnikov Kuban State University Email: ilux_t@list.ru DOI: 10.24412/cl-35065-2022-1-01-23
We consider the vibration of an elastic layer on a half-space and a two-layer package with a pinched bottom face in the presence of an interface flat inclusion. Homogeneous coating, lying on the substrate without separation, is modeled by a Kirchhoff plate [1]. Using the differential factorization method and algorithms for constructing Green's matrices of multilayer media with defects [2] we obtained relations between Fourier images of the surface displacements and given load and displacement in the defect region for both substrate models. For the plane case we analyzed the dispersion properties of the system and calculated the surface displacement field.
