Аннотация проекта:
Турбулентная конвекция в замкнутых и открытых системах – сложное многомасштабное явление, актуальность изучения которого традиционно обосновывается тем, что именно она определяет динамику множества природных систем, включая недра звезд и планет, океаны и атмосферу. Конвективные системы являются базовым объектом исследования специалистов по нелинейным системам, путям зарождения и развития хаоса, взаимодействия крупномасштабной циркуляции с мелкомасштабной турбулентностью и имеют многочисленные практические приложения как в гео- и астрофизике, так и в технологической теплофизике и гидродинамике. Новым направлением исследований турбулентной конвекции является турбулентный тепломассообмен в системах с неоднородными в пространстве и во времени граничными условиями, а также в системах с дополнительными внутренними степенями свободы (например, свободно плавающими объектами, влияющими на тепломассоперенос). Именно на решение таких задач в контексте климатологических и метеорологических приложений направлен данный проект, в рамках которого специалисты по турбулентному теплообмену, по численной и экспериментальной гидродинамике, совместно с метеорологами рассмотрят ряд задач, имеющих прямой выход на проблемы формирования опасных и неблагоприятных метеорологических условий на масштабах от крупного индустриального центра до обширных циклонов и антициклонов умеренных и полярных широт. Будет выполнено комплексное лабораторное и математическое моделирование атмосферных течений в упрощенной постановке с привлечением большого объема данных наблюдений и реанализов, а также результатов расчетов с помощью глобальных и мезомасштабных численных моделей атмосферы. Конкретно будут рассмотрены три блока задач. Первый блок направлен на исследование блокирующих явлений в умеренных широтах, которые могут быть причиной опасных метеорологических явлений, связанных с волнами тепла или холода. В рамках проекта предлагается использовать лабораторную модель, а именно тонкий вращающийся слой жидкости с разнесенными по высоте источниками тепла и холода. Пространственное и временное варьирование граничных условий позволит выявить характерные особенности крупномасштабной циркуляции и изучить статистику экстремальных событий, так называемых блокингов, и струйных течений. Это поможет понять природу роста количества экстремальных погодных явлений в последние десятилетия. Второй блок задач направлен на исследование влияния крупных плавающих теплоизолирующих объектов на формирование конвективных течений и распределение теплопотоков. Такими объектами в различных природных системах являются крупные массивы льда, тектонические плиты, облачные кластеры. Известно, что облачные кластеры, препятствуя радиационным и конвективным потокам, заметно изменяют распределение температуры вблизи подстилающей поверхности и тем самым могут оказывать существенное влияние на структуру приземных конвективных течений. Выявление связей между формированием интенсивных ветров и наличием облачных кластеров важно для лучшего понимания механизмов образования опасных метеорологических явлений. В качестве идеализированной модели данных процессов предлагается рассмотреть свободноплавающее теплоизолирующее тело на фоне интенсивной конвекции. Третий блок задач направлен на изучение формирования конвективных течений в области городской агломерации, в том числе городского острова тепла, и их влияния на условия комфортности жизни. Большую сложность при решении данной проблемы представляет разнообразная морфология городской застройки и природных ландшафтов. Решение задач данного блока требует комплексного подхода, включающего в себя совершенствование существующей микромасштабной математической модели городской атмосферы, лабораторное моделирование конвективных течений для различных морфотипов, в том числе и при наличии внешней вентиляции, анализ метеоданных и результатов численных расчетов.

Руководитель проекта:

Фрик Петр Готлобович, д.ф.-м.н., зав. лаб. ИМСС УрО РАН (г. Пермь)

Краткий отчет по результатам выполнения второго года проекта РНФ №22-61-00098:
Все задачи проекта разбиты на три блока. Первый блок направлен на исследование блокирующих явлений в умеренных широтах, которые могут быть причиной опасных метеорологических явлений, связанных с волнами тепла или холода. Второй блок задач направлен на исследование влияния крупных плавающих теплоизолирующих объектов на формирование конвективных течений и распределение теплопотоков, с приложением к таким природным объектам, как массивы льда, тектонические плиты, облачные кластеры. Третий блок задач направлен на изучение формирования вынужденных и свободноконвективных течений в области городской агломерации, в том числе городского острова тепла, и их влияния на условия комфортности жизни.
Среди основных результатов второго этапа выполнения проекта можно отметить результаты лабораторного и численного моделирования общей циркуляции атмосферы при изменении условий в полярной области. Показано, что значительная вариация мощности охлаждения и граничных условий приводит к количественным изменениям в структуре и интенсивности бароклинных волн. Установлено, что отклонения энергии основных мод для разных случаев могут достигать 25 %, а локальная вариация охлаждения оказывает сильное влияние на структуру аналога полярной ячейки. Размер и граничные условия на поверхности холодильника играют решающую роль в структуре и интенсивности аналога полярной ячейки. Переход от сильного локального охлаждения в центре и равномерного охлаждения на остальной части свободной поверхности к равномерному охлаждению по всей поверхности приводит к ослаблению зональных потоков. Главным и довольно неожиданным результатом моделирования потепления Арктики является заметная трансформация поля средней температуры, а именно: центральная область и большая часть нижнего слоя становятся теплее, в то время как большая часть верхнего слоя и периферийная (экваториальная) часть нижнего слоя становятся холоднее.
С помощью стандартного метеорологического пакета WRF-ARW версии 4.2.2 проведено моделирование предельных состояний земной атмосферы для выявления роли отдельных факторов. Предельные ситуации — глобальный океан или глобальная пустыня показали роль фазовых переходов в атмосфере Земли. В первом случае вследствие парникового эффекта циркуляция не выражена из-за отсутствия значимого межширотного градиента. Во втором случае песчаная поверхность, в отличие от океана, не может аккумулировать большое количество тепла, поэтому воздух у поверхности земли быстро охлаждается в зимнем полушарии и быстро нагревается в летнем, из-за чего пассатных течений не возникает. Комбинация океанических и пустынных зон (все однородны по меридиану) приводит к тому, что крупномасштабная циркуляция атмосферы приобретает черты, близкие к земной, что позволяет рассматривать такую конфигурацию базовой для дальнейших численных экспериментов. Проведенные эксперименты показали ведущую роль поглощенной части солнечной радиации (инсоляции) и вклада водяного пара (парниковый эффект, выделение скрытого тепла) при формировании крупномасштабных атмосферных течений.
На основе лабораторных и численных экспериментов проведен систематический анализ динамики свободноплавающего вдоль вытянутой конвективной ячейки тела и структуры возникающих конвективных течений. Показано, что поведение системы определяется числом Релея, геометрическими параметрами (отношением толщины слоя к его длине и отношением размеров тела к длине слоя), и глубиной погружения тела и демонстрирует разнообразные режимы поведения тела, от покоя и строго периодических колебаний до стохастических. Режим регулярных колебаний возникает в полостях не слишком вытянутых, при умеренных нагревах и вертикальном положении диска вблизи теплового пограничного слоя. Этот режим ограничен в пространстве параметров, но не имеет резких границ. Периодические движения возникают в определенном диапазоне отношений размера тела к длине полости. С ростом числа Релея движения диска становятся все менее регулярными. При удалении диска от теплообменника режим регулярных колебаний не регистрируется вовсе. При малых нагревах диск остается у одной из стенок, а по мере роста числа Релея начинает совершать колебательные движения вблизи одной стенки. При дальнейшем росте числа Релея диск иногда совершает экскурсы вплоть до противоположной стенки, но что интересно, асимметрия движения сохраняется на протяжении всей реализации, что позволяет предположить существование доминирующей крупномасштабной циркуляции одного знака. При еще больших нагревах движение становится хаотическим, без какой-либо асимметрии.
В лабораторных экспериментах по исследованию динамики и структуры течений в конвективной ячейке со свободной верхней поверхностью и радиационным подогревом нижней поверхности, в которой на фиксированной высоте свободно перемещается в одном направлении теплоизолирующая пластина, показано, что динамика тела существенно зависит от оптических свойств его поверхности. Диск со светоотражающей поверхностью демонстрирует регулярные квазипериодические колебания, перемещаясь от одного края полости к другому. Период колебаний существенно зависит от геометрии полости и высоты фиксации диска. Если же диск поглощает или пропускает падающий на него свет, то он перемещается к одной из боковых стенок и остается там.
Усовершенствована модель переноса излучения в городской среде в рамках программного комплекса «SigmaEco», которая теперь учитывает рассеяние солнечного и теплового излучения в дисперсной среде, а также лучистый теплообмен с зелеными насаждениями. Разработана математическая модель, описывающая влияния зеленых насаждений на тепломассообменные процессы в городской среде в приближении пористой среды и на процессы образования и переноса паров воды. Отладка модели м тестирование было выполнено на данных наблюдения в г. Красноярск.
В результате экспериментов в аэродинамической трубе с набором макетов морфотипов городской застройки с применением скоростных оптических методов, в том числе трассерной визуализации верифицированы численные модели, определены условия масштабируемости задачи, подтверждены возможности физического моделирования формирования аэрационного режима и условий ветрового комфорта городской среды в лаборатории.
Методика зонирования по уровням пешеходного ветрового комфорта, была реализована на реальных жилых микрорайонах города Красноярска. Рассматривалась городская застройка преимущественно смешанного морфотипа, где здания имеют разную геометрическую форму и высоту. В ходе проведения численных исследований было определено, что на территориях дворовых пространств преобладают благоприятные условия для пребывания человека, скорости ветра не превышают 2,5 м/с и относятся к А классу комфортности среды. Рекомендовано расположение зон отдыха, детских площадок, а также расположение общественных террас. В области расположения высотных зданий наблюдается увеличение скоростей до значений, считающихся дискомфортными и опасными для жизнедеятельности, скоростной режим характеризуется классом С. В данных областях необходимо осуществлять ветрозащитные мероприятия.

Публикации по результатам проекта, вышедшие в 2023 г.:

1.  Фрик П., Филимонов С., Гаврилов А., Попова Е., Сухановский А., Васильев А. (Frick P., Filimonov S., Gavrilov A., Popova E., Sukhanovskii A., Vasiliev A.) Rayleigh-Benard convection with immersed floating body Journal of Fluid Mechanics (2023 г.) WOS SCOPUS Q1 иные ББД
2.  Васильев А. Ю. , Попова Е.Н., Фрик П.Г., Сухановский А.Н. (Vasiliev A. Yu. , Popova E. N., Frick P. G., Sukhanovskii A. N.) Drift of a Free-floating Body in a Convective Layer Heated by Radiation Journal of Siberian Federal University. Mathematics and Physics. (2023 г.) WOS SCOPUS RSCI РИНЦ
3.  Дектерев Д. А., Лобасов А.С., Мешкова В.Д., Литвинцев К.Ю., Дектерев Ар.А., Дектерев А.А. (Dekterev D.A., Lobasov A.S., Meshkova V.D., Litvintsev K.Yu., Dekterev Ar.A., Dekterev A.A.) Анализ влияния масштабного фактора на результаты моделирования обтекания зданий Теплофизика и аэромеханика (2023 г.) WOS SCOPUS RSCI РИНЦ
4.  Литвинцев К.Ю., Дектерев А.А., Мешкова В.Д., Филимонов С.А. (Litvintsev K.Yu., Dekterev A.A., Meshkova V.D., Filimonov S.A.) Влияние излучения на формирование ветрового и температурного режима в городской среде Теплофизика и аэромеханика (2023 г.) WOS SCOPUS RSCI РИНЦ
5.  Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Фрик П.Г., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю. (Filimonov S.A., Gavrilov A.A., Frick P.G., Sukhanovsky A.N., Vasiliev A.Yu.) Моделирование движения погруженной пластины в развитом свободно-конвективном слое Известия вузов. Физика. (2023 г.) WOS SCOPUS RSCI РИНЦ
6.  Калинин Н.А., Ветров А.Л. (Kalinin N.A., Vetrov A.L.) Индексы комфортности климата в Перми и Красноярске за период 1991–2020 гг. Геосферные исследования (2023 г.) WOS SCOPUS РИНЦ
7.  Быков А.В., Ветров А.Л., Фрик П.Г., Сухановский А.Н., Калинин Н.А., Степанов Р.А. (Bykov, A.V., Vetrov, A.L., Frick, P.G., Sukhanovsky, A.N., Kalinin, N.A., Stepanov, R.A.) Численное моделирование предельных состояний планетарной атмосферы Географический вестник (2023 г.) RSCI РИНЦ
8.  Мешкова В., Дектерев А., Литвинцев К., Филимонов С. (Meshkova V., Dekterev A., Litvintsev K., Filimonov S.) Current approaches to studying the level of pedestrian comfort in urban development E3S Web of Conferences (2023 г.) SCOPUS иные ББД

Результаты проекта были широко представлены на российских и зарубежных конференциях в 2023 году: :
   XXIII Зимняя Школа по механике сплошных сред, Пермь, 13-17 февраля 2023:
Организована и проведена подсекция «Динамическая метеорология», на которой участниками проекта представлены устные доклады:
1) Литвинцев К.Ю., Гаврилов А.А., Филимонов С.А. Влияние излучения на формирование аэрационного режима в городской застройке
2) Дектерев Д.А., Мешкова В.Д. Применение методов трассерной визуализации для исследования аэродинамики модельных групп зданий
3) Евграфова А. В., Ветров А. Л. Анализ температуры поверхности городов Пермь и Красноярск на основе спутниковых данных
4) Васильев А.Ю., Попова Е.Н., Фрик П.Г., Сухановский А.Н. Динамика свободноплавающего тела в условии естественной конвекции при радиационном нагреве
5) Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Литвинцев К.Ю., Васильев А.Ю., Попова Е.Н. Движение погруженной пластины в развитом свободно конвективном слое
6) Сухановский А.Н., Попова Е.Н., Васильев А.Ю. Лабораторное моделирование арктического потепления
7) Степанов Р.А. Пространственная неоднородность атмосферной турбулентности по данным реанализа NCEP-CFSR
8) Калинин Н.А., Быков А.В., Ветров А.Л. Прогноз степени суровости погоды в феврале 2019 года в городе Красноярск по данным модели WRF
9) Степанов Р.А., Соколов Д.Д., Фрик П.Г. Согласованность климатических изменений различных временных масштабов в Центральной Англии и Гренландии
Всероссийская научная конференция с международным участием «Енисейская Теплофизика», Красноярск, 28-31 марта 2023 :
10) Фрик П.Г. «Особенности турбулентной конвекции жидкого металла в замкнутых объемах» - Приглашенная лекция.
11) Васильев А., Попова Е., Сухановский А., Фрик П. Динамика и теплообмен в конвективной системе с плавающим теплоизолятором при радиационном нагреве подстилающей поверхности - Устный доклад. (Тезисы докладов I      Всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская теплофизика». Красноярск, 2023. С.261-263.)
12) Гаврилов А. А., Платонов Д. В., Сухановский А.Н. «Прямое численное моделирование лабораторной модели общей циркуляции атмосферы» - Устный доклад (Тезисы докладов I Всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская теплофизика». Красноярск, 2023. С.264-266.)
13) Мешков К. Н., Дектерев А. А., Мешкова В.Д., Шульженко П.Д., «Сбор метеоданных из открытых телекоммуникационных источников и методология их использования для оценки температурного уровня комфорта городской среды» - Устный доклад (Тезисы докладов I Всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская теплофизика». Красноярск, 2023. С.282-284.)
14) Литвинцев К.Ю., Дектерев А.А., Филимонов А.А. Интенсификация процессов тепломассопереноса в городском квартале под действием солнечного излучения - Устный доклад (Тезисы докладов I Всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская теплофизика». Красноярск, 2023. С. 118-120.)
15) Дектерев Д.А., Лобасов А.С., Мешкова В.Д., Литвинцев К.Ю., Дектерев Ар.А., Дектерев А.А. Анализ влияния масштабного фактора на результаты моделирования обтекания зданий - Устный доклад. (Тезисы докладов I Всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская теплофизика». Красноярск, 2023. С. 99-101.) В рамках конференции "Енисейская теплофизика" организован и проведен круглый стол «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КРУПНЫХ ГОРОДСКИХ АГЛОМЕРАЦИЙ» с двумя докладами (из 7) участников проекта:
16) Ветров А.Л. и др. «Региональная модель WRF как инструмент изучения городской атмосферы»
17) Литвинцев К.Ю. и др. «Микромасштабное моделирование атмосферы города»
VII Международный симпозиум по региональной экономике (REC-2023) «Города нового времени: система GLASS», 27-29 июня 2023 г. (Екатеринбург)
18) Мешкова В.Д., Дектерев А.А., Дектерев Д.А., Литвинцев К.Ю., Филимонов С.А.Современные подходы исследования уровня пешеходного комфорта в условиях городской застройки - устный доклад.

   XIII всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике, 21-25 августа 2023 года, Санкт-Петербург.
19) Фрик П.Г., Степанов Р.А., Шестаков А.В. О реализуемости режима Обухова-Болджиано в среде с неоднородной плотностью и неконсервативных каскадах в развитой турбулентности - Устный доклад
20) Сухановский А.Н., Васильев А.Ю., Попова Е.Н., Гаврилов А. Влияние локального охлаждения на формирование бароклинных волн во вращающемся слое - устный доклад
 VIII Всероссийская научная конференция "Теплофизика и физическая гидродинамика"

  Научная молодежная школа "Теплофизика и физическая гидродинамика: современные вызовы" (ТФГСВ2023), 4-10 сентября (Махачкала)  http://www.itp.nsc.ru/tph/2023/index.html
21) Дектерев Д.А., Литвинцев К.Ю., Мешкова В.Д., Дектрев Ар.А. «Анализ применимости численных моделей для моделирования ветровой комфортности микрорайонов» - устный доклад IX Всероссийская конференция "Пермские гидродинамические научные чтения", 4-6 октября 2023 (Пермь)
22) Фрик П.Г., Васильев А.Ю., Попова Е.Н., Сухановский А.Н., Филимонов С.А., Гаврилов А.А. Дрейф погруженного в жидкость тела при конвекции в прямоугольных полостях - устный доклад (Аннотации докладов. С.42.)
23) Васильев А.Ю., Попова Е.Н., Сухановский А.Н., Фрик П.Г. Динамика свободноплавающих тел в слое жидкости с радиационным нагревом - устный доклад (Аннотации докладов. С.12.)
24) Быков А.В., Сухановский А.Н., Калинин Н.А., Степанов Р.А., Фрик П.Г., Ветров А.Л. Моделирование предельных состояний планетарной атмосферы с использованием пакета WRF-ARW - устный доклад (Аннотации докладов. С.12.)
25) Сухановский А.Н., Гаврилов А.А., Васильев А.Ю., Попова Е.Н. Моделирование арктического потепления в лабораторной модели общей циркуляции атмосферы - устный доклад (Аннотации докладов. С.40.) 9-th International Conference on Rayleigh-Benard turbulence, 16-20 Oct.2023. Xi'an. China
26) Peter Frick “Large Scale Dynamics of Turbulent Convection in Closed Systems” // 9-th International Conference on Rayleigh-Benard turbulence, 16-20 Oct.2023. Xi'an. China (Keynote Talk) - Приглашенная лекция
27) Andrei Sukhanovskii, Andrei Gavrilov, Elena Popova, Andrei Vasiliev “Modeling of baroclinic waves with geophysical applications” // 9-th International Conference on Rayleigh-Benard turbulence, 16-20 Oct.2023. Xi'an. China - устный доклад

   Всероссийская конференция «XXXIX Сибирский теплофизический семинар» посвящённой 90-летию академика А.К. Реброва» 28-31 августа 2023 г., Новосибирск.
28) Шульженко П.Д., В.Д. Мешкова, Дектерев А.А. Численное исследование формирования ветровых зон в результате обтекания моделей разной геометрической формы - устный доклад
29) Шульженко П.Д., Мешкова В.Д., Дектерев А.А., Мешков К.Н. Численное исследование аэрационного режима жилой застройки - устный доклад

   Международная научная конференция «Безопасность жизнедеятельности и климатические риски развития территории Енисейской Сибири», 16-19 октября 2023г., Красноярск.
30) Шульженко П.Д., Мешкова В.Д., Дектерев А.А., Мешков К.Н. Численное исследование аэрационного режима городской застройки периметрального типа - устный доклад
31) Мешкова В.Д., Шульженко П.Д., Дектерев А.А., Литвинцев К.Ю., Мешков К.Н. Численное исследование формирования аэрационного режима и условий ветрового комфорта в разных морфотипах городской застройки - устный доклад.

Краткий отчет по результатам выполнения третьего года проекта РНФ №22-61-00098:

Все задачи проекта разбиты на три блока. Первый направлен на исследование блокирующих явлений в умеренных широтах, связанных с волнами тепла или холода. Второй - на исследование влияния крупных плавающих объектов на формирование конвективных течений и распределение теплопотоков, с приложением к таким природным объектам, как массивы льда, тектонические плиты, облачные кластеры. Третий блок направлен на изучение формирования вынужденных и свободноконвективных течений в области городской агломерации и их влияния на условия комфортности жизни.

Блок 1. "Циркуляция и блокирование в умеренных широтах":
По результатам лабораторного и численного моделирования предложен и обоснован один из возможных физических механизмов усиления потепления в Арктике, основанный на изменениях радиальных (меридиональных) потоков тепла. Ослабление и смещение вверх лабораторного аналога полярной ячейки приводит к значительному уменьшению отрицательного теплового потока вблизи дна, что и вызывает повышение температуры в придонном слое. Наблюдаемые для лабораторного аналога тренды в изменении температуры качественно согласуются с данными натурных наблюдений (реанализа) и ансамблевых расчетов при помощи климатических моделей для арктического региона.
На основе пакета WRF-ARW реализованы численные эксперименты по динамике общей циркуляции и бароклинных волн в атмосфере идеализированной планеты земного типа. Модель, с одной стороны, точно воспроизводит реальные характеристики Земли, а с другой - предельно упрощает конфигурацию континентов и океанов, полностью игнорируя топологию планеты. Показано, что относительно небольшой экваториальный океан на фоне плоской пустынной планеты достаточен для воспроизведения общей циркуляции атмосферы и динамики среднеширотных вихревых структур планетарного и синоптического масштабов, реалистичных для Земли.
В части анализа пространственно-временной структуры вариаций климата проведено исследование согласованности климатических изменений в разных временных масштабах по обе стороны от Атлантики. Было установлено, что коротких масштабах (5-10 лет) колебания температуры в двух регионах относительно согласованы, но вариации на масштабах 40-50 лет идут со значительным сдвигом по фазе. Показано, что, несмотря на признанное отсутствие прямой корреляции между температурой и солнечной активностью, временная зависимость вейвлет-коэффициента кросс-корреляции двух температурных рядов на временном масштабе 11 лет воспроизводит долгосрочные вариации основного солнечного цикла, указывая на существование неявных связей вариаций планетарного масштаба с солнечной активностью.

Блок 2. "Динамика конвективных течений при наличии свободноплавающих включений"
По результатам численного моделирования динамики погруженного тела в конвективном слое Релея-Бенара проведен анализ динамики плавающего тела и статистических характеристик турбулентных полей скорости и температуры, полученных в рамках двухмерной и полной трехмерной численных моделей. В частности, показано, что тепловой поток в 3D случае выше, а разница в значениях числа Нуссельта для 2D и 3D моделирования увеличивается с ростом числа Рэлея. 3D-моделирование выявило асимметрию потока, связанную с крупномасштабной циркуляцией жидкости. Асимметрия более выражена в случае прямоугольной пластины, хотя асимметрия в гистограмме скоростей пластины наблюдается и для круглой пластины. Этот результат интересен тем, что в экспериментах наблюдали режимы с асимметричными движениями плавающего тела, которые объясняли наличием остаточного крупномасштабного вихря. В этом случае асимметрия хорошо выражена, поскольку плавающее тело колеблется у одной стенки, практически не достигая противоположной стенки. На отчетном этапе исследования обнаружен качественно иной режим, в котором асимметрия возникает в режиме «конвективного маятника». Асимметрия относительно слаба и проявляется только при детальном анализе динамики плавающего тела. Получены количественные зависимости интегральных параметров, характеризующих интенсивность конвективного течения жидкости в слое (число Рейнольдса), интегральный тепловой поток (число Нуссельта) и интенсивность перемещений плавающего в слое тела (средний период полного цикла) от степени радиационного нагрева (плотности падающего радиационного потока, который определяет устанавливающееся число Релея. Для пластины, частично пропускающей и частично отражающей падающее излучение, получены зависимости характеристик конвективного течения и движений пластины от коэффициента пропускания (отношение пропущенного светового потока к падающему).

Блок 3. "Конвективный тепломассоперенос в крупных городах и агломерациях"
В результате проведенных экспериментальных работ по исследованию обтекания набегающим потоком набора макетов морфотипов городской застройки получены разносторонние данные для настройки и апробации численных подходов. Установлено удовлетворительное согласование результатов расчетов и данных экспериментов. Результаты численного моделирования продемонстрировали, что разработанная методика и реализованный инструментарий визуального отображения в программе «SigmaEco» позволяют получить количественные данные по биоклиматическим критериям и отрисовать соответствующие полученным значениям зоны пешеходной комфортности.
Результаты численных моделирования ветрового режима на территории кампуса Пермского университета подтвердили, что реализуемые численные алгоритмы адекватно воспроизводят результаты прямых измерений ветрового потока. Показано, что геометрическая детализация объекта исследования необходима для качественного прогнозирования условий локального аэрационного режима территории.
Показано, что по эффективно-эквивалентной температуре климат в Перми и городах-миллионниках Сибири более суровый, чем по эффективной температуре, особенно в холодный период года. Это объясняется тем, что при температуре ниже +7°С любой ветер является охлаждающим фактором.
По данным метеорологических станций установлены особенности городского острова тепла в Красноярске. В условиях жаркой погоды городской остров тепла ночью выражен ярче, чем днем. Наряду с городским островом тепла, в Красноярске во время жаркой погоды прослеживается формирование острова сухости, когда относительная влажность уменьшается по сравнению с загородными территориями на 20 %.
Дальнейшие усилия по улучшению точности прогноза температуры в городской застройке могут быть направлены на подбор оптимальной параметризации пограничного слоя в стандартных настройках модели WRF-ARW. Путь решения задачи для ограниченной территории исследования лежит в области интеграции региональной модели WRF-ARWс микромасштабной моделью с шагом менее 10 м, в которой процесс обтекания отдельных зданий реализуется явно.

Публикации проекта вышедшие и принятые к печати в 2024 году
1. Сухановский А.Н., Гаврилов А.А., Попова Е.Н., Васильев А.Ю. The study of the impact of polar warming on global atmospheric circulation and mid-latitude baroclinic waves using a laboratory analog Weather and Climate Dynamics (2024) wos, scopus, rsci, РИНЦ, Q1
2. Быков А.В., Ветров А.Л., Калинин Н.А. Прогноз сильной жары в Красноярске с использованием региональной модели WRF-ARW Гидрометеорологические исследования и прогнозы (2024) rsci, РИНЦ, «Белый список»
3. Степанов Р.А., Соколов Д.Д., Фрик П.Г. Consistency of climatic changes at different time scales in Central England and Greenland Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics (2024) wos, scopus, rsci, РИНЦ, «Белый список»
4. Калинин Н.А., Ветров А.Л. Особенности изменений индексов комфортности климата в Перми и городах-миллионниках Сибири в холодный и теплый периоды года Географический вестник (2024) rsci, РИНЦ, «Белый список»
5. Мешкова В.Д., Филимонов С.А., Дектерев А.А., Ветров А.Л., Шульженко П.Д. Numerical prediction of bioclimatic comfort level of urban development in street spaces E3S Web of Conferences (2024) scopus, РИНЦ
6. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Фрик П.Г., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю. 2D and 3D numerical simulations of a convective flow with a free-floating immersed body Heat Transfer Research (2025) wos, scopus, РИНЦ, «Белый список»
7. Сухановский А.Н., Васильев А.Ю., Гаврилов А.А., Евграфова А.В., Попова Е.Н. Конвективный теплоперенос в крупномасштабных природных системах Инженерно-физический журнал (2025) scopus, rsci, РИНЦ, «Белый список»
8. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Литвинцев К.Ю., Васильев А.Ю., Сухановский А.Н., Фрик П.Г. Numerical modeling of immersed plate motion in a convective layer under radiation heating EURASIAN JOURNAL OF MATHEMATICAL AND COMPUTER APPLICATIONS (2025) scopus, rsci, РИНЦ, «Белый список»
9. Литвинцев К.Ю., Мешкова В.Д. The influence of solar and thermal radiation on the wind regime formation in urban block EURASIAN JOURNAL OF MATHEMATICAL AND COMPUTER APPLICATIONS (2025) scopus, rsci, РИНЦ, «Белый список»

Результаты проекта были широко представлены на российских и зарубежных конференциях в 2024 году

XVII Минский международный форум по тепломассообмену, Минск (Беларусь),20-24 мая 2024 г.:

1. Сухановский А.Н., Попова Е.Н., Васильев А.Ю. (Пермь), Гаврилов А.А. (Новосибирск). Конвективный теплоперенос в крупномасштабных природных системах (проблемный доклад)
2. Филимонов С.А., Гаврилов А.А. (Новосибирск), Фрик П.Г., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю. (Пермь). Трехмерная модель движения погруженного диска в турбулентном свободно конвективном слое (устный доклад)

XX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Проспект Свободный - 2024" – 19 апреля 2024 – Красноярск:

3. Шульженко П.Д., Мешкова В.Д., Дектерев Д.А., Дектерев А.А. Исследование влияния строчного морфотипа городской застройки на формирование аэродинамического режима. (Диплом 2 степени)

Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды (ENVIROMIS-2024), Томск, 1-6 июля 2024:

4. Сухановский А.Н., Степанов Р.А., Быков А.В., Ветров А.Л., Калинин Н.А., Фрик П.Г. «Бароклинные волны средних широт в случае зонально однородных граничных условий» (устный доклад)
5. Мешкова В.Д., Филимонов С.А., Дектерев А.А., Ветров А.Л., Литвинцев К.Ю. "Численные и экспериментальные исследования условий ветрового комфорта в городе Перми" (стендовый доклад)

Семинар в университете Канпура (Индия) :

6. Степанов Р.А. «Бароклинные волны средних широт в случае зонально однородных граничных условий» (устный доклад)

СТС-2024: «XL Сибирский теплофизический семинар», посвященный 110-летию со дня рождения академика С. С. Кутателадзе и 300-летию Российской академии наук:

7. Филимонов С. «Моделирование движения погруженной пластины в конвективном слое при радиационном нагреве дна» (устный доклад).
8. Шульженко П.Д., Мешкова В.Д., Дектерев А.А., Литвинцев К.Ю. "ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ УСЛОВИЙ ВЕТРОВОГО КОМФОРТА В РАЗЛИЧНЫХ ГОМОГЕННЫХ МОРФОТИПАХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ" (устный доклад)
9. Васильев А., «Режимы движения погруженного тела в конвективном слое» (устный доклад).
10. Мешкова В.Д., Дектерев Д.А., Шульженко П.Д., Дектерев А. А." ПРИМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ МЕТОДОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЯ В ПРИЗЕМНОЙ ОБЛАСТИ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ" (стенд).

IX Всероссийская научная конференция с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика: Современные вызовы», г. Сочи, 8-15 сентября 2024:

11.Мешкова В.Д., Филимонов С.А., Дектерев А.А., Ветров А.Л., Литвинцев К.Ю. «Анализ влияния детализации геометрии 3D-модели городской застройки на точность моделирования задач пешеходного ветрового комфорта» (устный доклад)
12. Литвинцев К.Ю., Мешкова В.Д. «Влияние солнечного и теплового излучения на формирование аэрационного режима в городском квартале.» (устный доклад)

Международный симпозиум «НЕРАВНОВЕСНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СПЛОШНЫХ СРЕДА», Пермь, 1-4 октября 2024

13. Сухановский А.Н., Гаврилов А.А., Васильев А.Ю., Попова Е.Н. «Влияние арктического потепления на характеристики бароклинных волн средних широт и распределение температуры» - устный доклад
14. Ветров А.Л., Сухановский А.Н., Степанов Р.А., Быков А.В., Калинин Н.А., Фрик П.Г. «Характеристики бароклинных волн средних широт в случае зонально однородных граничных условий» - устный доклад
15. Беляева А.В., Сухановский А.Н. «Теплообмен в условиях город-ской среды на примере города Красноярска» - устный доклад

«Турбулентность, динамика атмосферы и климата», конференция, посвященная памяти академика Александра Михайловича Обухова,19–21 ноября 2024 г. Москва

16. Фрик П.Г., Сухановский А. Н., Степанов Р.А., Быков А.В., Ветров А.Л., Калинин Н.А. «Глобальная циркуляция и бароклинные волны средних широт в случае зонально однородных граничных условий» (Пленарный доклад)
17. Сухановский А.Н., Гаврилов А.А., Васильев А.Ю., Попова Е.Н. «Механизм арктического усиления в лабораторном аналоге общей циркуляции атмосферы» (Устный доклад)
18. Степанов Р.А., Фрик П.Г., Соколов Д.Д. «Согласованность климатических изменений в разных временных масштабах в отдаленных районах северной Атлантики» ( Устный доклад)

II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Цифровая география". Пермь, 25-28 сентября 2024 г.

19. Калинин Н.А., Старцева П.Ю. Оценка качества воспроизведения биоклиматических индексов моделью WRF-ARW (устный доклад).
https://xn--80aacgackdshf3de3ag2d2bxk.xn--p1ai/cifrovaya-geografiya

• Назад
• Вперед