Физика

Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере — Алоян А. Е.

Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере
Научное издание

год издания — 2008, кол-во страниц — 415, ISBN — 978-5-02-036067-9, тираж — 560, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7БЦ матов., масса книги — 500 гр., издательство — Наука

цена: 499.00 руб

Издание осуществляется при финансовой поддержке РФФИ по проекту №07-05-07061

Утверждено к печати Учёным советом Института вычислительной математики РАН

Формат 60x90 1/16. Печать офсетная

Монография посвящена разработке математических моделей для решения задач переноса многокомпонентных газовых примесей и аэрозолей в атмосфере в региональном и глобальном масштабах. Сформулированы базовые математические модели, включающие динамические, газо- и жидкофазные химические процессы, а так же кинетические процессы нуклеации, конденсации/испарения и коагуляции. С использованием основных и сопряжённых уравнений построены алгоритмы для исследования чувствительности отдельных регионов или стран к загрязнению, а так же для решения оптимизационных задач в области охраны окружающей среды.

Для специалистов в области прикладной математики, физики атмосферы, математического моделирования в задачах охраны окружающей среды.

Предисловие научного редактора	8

Введение	10

1. Основные уравнения гидротермодинамики	18

1.1. Энергетический спектр атмосферных движений и газовых примесей	18
1.2. Пространственно-временные масштабы атмосферных процессов	21
1.3. Уравнение Навье-Стокса	24
1.4. Уравнения Рейнольдса	26
1.5. Уравнения притока тепла и удельной влажности	28
1.6. Уравнения гидротермодинамики мезомасштабных атмосферных
процессов	30
1.7. Модель мезомасштабных атмосферных процессов при наличии
орографии	33
1.8. Численный алгоритм решения уравнений гидротермодинамики	38
1.9. Напряжения Рейнольдса подсеточного масштаба	42
1.10. Приземной слой атмосферы	44
1.11. Поток тепла и влаги в почву	46
1.12. Численная модель для определения коэффициента вертикального
турбулентного обмена (b-ε модель)	50
1.13. Параметризация кинетической энергии турбулентности в приземном
слое атмосферы	54
1.14. Численный алгоритм решения для b-ε модели	59

2. Турбулентная диффузия примеси в атмосфере	60

2.1. Численная модель переноса и диффузии пассивной примеси в
атмосфере в региональном масштабе	63
2.2. Численный алгоритм решения уравнений распространения примесей
в атмосфере	68
2.3. Результаты численных расчётов	76
2.4. Численное моделирование переноса пыли при конвекции	82
2.5. Взаимодействие пограничных слоёв атмосферы и водных бассейнов
и распространение примесей	88
2.6. Модель переноса и диффузии примесей в пограничном слое
атмосферы и деятельном слое водных бассейнов	93

3. Перенос газовых примесей в атмосфере с учётом фотохимической
трансформации	101

3.1. Перенос примеси в атмосфере с учётом фотохимической
трансформации	102
3.2. Исследование чувствительности химических процессов к вариациям
концентрации стабильных частиц	111
3.3. Моделирование фотохимической трансформации газовых примесей с
учётом ЛОС	132
3.4. Результаты численных экспериментов	135

4. Кинетические процессы аэрозолеобразования	149

4.1. Функция распределения	149
4.2. Математическая модель динамики и кинетики многокомпонентных
газовых примесей и аэрозолей в атмосферных дисперсных системах	152
4.3. Кинетические процессы нуклеации и конденсации	155
4.4. Гомогенная двойная и тройная нуклеация	163
4.5. Численный алгоритм решения уравнения конденсации	170
4.6. Модель динамики аэрозолей с учётом коагуляции	173
4.7. Результаты численных экспериментов	180
4.8. Кинетическая модель конденсации и коагуляции для аэрозолей
сложного химического состава	183
4.9. Численная модель коагуляции	185
4.10. Численные моделирование динамики газовых примесей и аэрозолей
в Байкальском регионе	189

5. Жидкофазные процессы	198

5.1. Коэффициент распределения между газовой и жидкой фазами	198
5.2. Уравнения, описывающие термодинамическое равновесие	199
5.3. Химическое равновесие в жидкой фазе	202
5.4. Растворение двуокиси серы в воде	205
5.5. Численная модель газо- и жидкофазных химических процессов	207
5.6. О влиянии атмосферных химических реакций на ионный состав
аэрозольных частиц в Байкальском регионе	210

6. Влажная конвекция и формирование облачности	235

6.1. Уравнения гидротермодинамики влажной конвекции	238
6.2. Описание микрофизических процессов в модели влажной конвекции	239
6.3. Нуклеация	240
6.4. Конденсация и испарение водяных капель	243
6.5. Коагуляция и дробление	244
6.6. Начальные и граничные условия	247
6.7. Численный алгоритм	248
6.8. Результаты численных экспериментов	248
6.9. Математическая модель формирования конвективной облачности в
двухфазной системе	259
6.10. Уравнения коагуляции и конденсации для облачной системы
(лёд-вода)	262
6.11. Нуклеация водяного пара	265
6.12. Нуклеация из-за осаждения и конденсационного замерзания	266

7. Математическое моделирование формирования сульфатных
аэрозолей в атмосфере в глобальном масштабе	274

7.1. Постановка задачи	274
7.2. Потоки газовых примесей и аэрозолей в приземном слое атмосферы	279
7.3. Влажное осаждение	281
7.4. Кинетические модели	281
7.5. Коэффициент захвата	283
7.6. Численный метод решения	284
7.7. Результаты численных экспериментов	284

8. Математическая модель глобального переноса стойких органических
веществ в Северном полушарии	293

8.1. Постановка задачи и описание основных физических механизмов,
учитываемых в модели	294
8.2. Поток стойких органических веществ в приземном слое атмосферы	296
8.3. Обмен между почвой и атмосферой	297
8.4. Параметры миграции и трансформации стойких органических веществ	299
8.5. Миграция стойких органических веществ в почве	301
8.6. Газофазный обмен между атмосферой и морем	307
8.7. Влажное осаждение стойких органических веществ в атмосфере	308
8.8. Деградация стойких органических веществ в атмосфере	309
8.9. Результаты численных расчётов и выводы	310

9. Численное моделирование переноса радионуклидов в атмосфере в
региональном и глобальном масштабах	320

9.1. Перенос радионуклидов в региональном масштабе	321
9.2. Основные уравнения	322
9.3. Коагуляция	324
9.4. Радиоактивный распад	325
9.5. Численная реализация	325
9.6. Результаты численных расчётов	326
9.7. Глобальный перенос в атмосфере	332
9.8. Радиоактивный распад в атмосфере	334
9.9. Газофазный обмен между морем и атмосферой	334
9.10. Результаты численных экспериментов	335

10. Применение сопряжённых уравнений в задачах окружающей среды	341

10.1. Глобальный перенос примеси в атмосфере	341
10.2. Трансграничный перенос примеси	351
10.3. Чувствительность модели к вариациям входных параметров	364
10.4. Задача оптимизации мощности источников примеси	375
10.5. Оптимизация выбросов примеси при линейной зависимости
функции ущерба от концентрации	377
10.6. Оптимизация выбросов примеси при квадратичной зависимости
функции ущерба от концентрации	381

Приложения	388

Список литературы	401

Книги на ту же тему

Метод характеристик в задачах атмосферной оптики, Сушкевич Т. А., Стрелков С. А., Иолтуховский А. А., 1990
Испарение в атмосферу: Теория, история, приложения, Братсерт У. Х., 1985
Структура атмосферных осадков, Литвинов И. В., 1974
Химия нижней атмосферы, Расул С. И., ред., 1976
Лабораторные модели физических процессов в атмосфере и океане, Алексеев В. В., Киселева С. В., Лаппо С. С., 2005
Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы: Учебное пособие, Лыкосов В. Н., Глазунов А. В., Кулямин Д. В., Мортиков Е. В., Степаненко В. М., 2012
Исследование атмосферного озона, Гущин Г. П., 1963
Физика атмосферы, Хргиан А. Х., 1953
Аэрозоль и климат, Кондратьев К. Я., ред., 1991
Основы океанологии: Учебное пособие, Иванов В. А., Показеев К. В., Шрейдер А. А., 2008
Модели глобальной атмосферы и Мирового океана: алгоритмы и суперкомпьютерные технологии: Учебное пособие, Толстых М. А., Ибраев Р. А., Володин Е. М., Ушаков К. В., Калмыков В. В., Шляева А. В., Мизяк В. Г., Хабеев Р. Н., 2013
Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования: в 2-х томах (комплект из 2 книг), Бахвалов Н. С., Воеводин В. В., Дымников В. П., ред., 2005
Лидарный контроль стратосферы, Зуев В. В., 2004
Динамика баланса массы ледников в связи с макроциркуляционными процессами в атмосфере, Федоров В. М., 2011
Влияние аэрозолей на среду и морское осадконакопление в Арктике, Шевченко В. П., 2006
Моделирование тепло- и влагообмена поверхности суши с атмосферой, Гусев Е. М., Насонова О. Н., 2010
Аналитические методы моделирования планетарного пограничного слоя, Браун Р. А., 1978
Численные методы прогноза погоды, Белов П. Н., Борисенков Е. П., Панин Б. Д., 1989
Диффузия примесей в океане, Озмидов Р. В., 1986
Природный комплекс большого города: Ландшафтно-экологический анализ, Коломыц Э. Г., Розенберг Г. С., Глебова О. В., Сурова Н. А., Сидоренко М. В., Юнина В. П., 2000
Климат и циркуляция океана, Манабе С., Брайен К., 1972
Численные методы краткосрочного прогноза погоды, Гандин Л. С., Дубов А. С., 1968
Экологический мониторинг атмосферного воздуха небольшого города. Модели и алгоритмы, Крушель Е. Г., Степанченко И. В., Панфилов А. Э., 2012
Климат города, Ландсберг Г. Е., 1983
Углекислый газ в атмосфере, Бах В., Крейн А., Берже А., Лонгетто А., ред., 1987
Энергия и климат: Сборник статей, 1981
Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий: проблема Киотского протокола: материалы Совета-семинара при Президенте РАН, 2006
Метеорология и климатология: учебник. — 7-е изд., Хромов С. П., Петросянц М. А., 2006
Качественные методы в физической кинетике и гидрогазодинамике: Учеб. пособие для физич. спец. вузов, Крайнов В. П., 1989
Методы физико-химической кинетики, Туницкий Н. Н., Каминский В. А., Тимашев С. Ф., 1972
Математические методы в кинетической теории газов, Черчиньяни К., 1973
Методы Монте-Карло в краевых задачах, Сабельфельд К. К., 1989
Физика горения газов, Щетинков Е. С., 1965
Неравновесная термодинамика и физическая кинетика, Базаров И. П., Геворкян Э. В., Николаев П. Н., 1989
Турбулентность: новые подходы, Белоцерковский О. М., Опарин А. М., Чечеткин В. М., 2003
Численный эксперимент в турбулентности: От порядка к хаосу, Белоцерковский О. М., Опарин А. М., 2001
Турбулентность многокомпонентных сред, Колесниченко А. В., Маров М. Я., 1999
Инфильтрация воды в почву: Краткий справочник, Кулик В. Я., 1978
Физика почвы, Нерпин С. В., Чудновский А. Ф., 1967
Пути миграции искусственных радионуклидов в окружающей среде. Радиоэкология после Чернобыля, 1999

http://knigoprovod.ru

/Наука и Техника/Физика

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему