Структура и динамика атмосферного пограничного слоя над неоднородной поверхностью

Основная научная проблема, на решение которой направлен проект - усовершенствование представления пограничного слоя атмосферы в моделях прогноза погоды и климата с учетом локальных неоднородностей подстилающей поверхности. Решение данной проблемы будет иметь приложения во многих задачах, включая прогнозирование опасных погодных явлений, ветрового климата городов, горных и прибрежных территорий, ветроэнергетику, распространения загрязнений и решения задач городского и сельскохозяйственного планирования. С этой целью в проекте решается задача определения физических механизмов формирования структуры и динамики атмосферной турбулентности и волновых процессов в условиях пространственно-неоднородной поверхности и разработки параметризаций для расчета характеристик энерго- и массообмена между атмосферой и поверхностью в условиях различных типов поверхностных неоднородностей.

В настоящем проекте будут использованы системы разнесенных в пространстве турбулентных датчиков, что позволит проследить формирование неоднородного турбулентного потока при различных фоновых условиях. Такие долгопериодные всесезонные измерения в мире единичны, а в России проводятся впервые. При этом, особый акцент при анализе временных рядов будет сделан на определение роли организованных структур турбулентности в вертикальном потоке импульса и скалярных величин; эти структуры будут идентифицированы как по известным методикам (квадрантный, гармонический анализ, вейвлет-анализ), так и в рамках оригинального подхода с привлечением турбулентных моментов высших порядков.

Оценки пространственного распределения характеристик турбулентности также будут опираться на результаты численного гидродинамического моделирования. Использование турбулентно-разрешающих моделей позволяет получить информацию высокого разрешения о пространственной структуре и временной изменчивости течения, что, в частности, позволяет исследовать вклад крупномасштабных структур в процессы переноса импульса и тепла в условиях городской поверхности. В рамках такого комплексного (основанного на данных как измерений, так и моделирования) подхода механизмы формирования, характеристики и динамика крупных структур при наличии неоднородной поверхности исследуются впервые. Разработанные в рамках проекта параметризации пограничного слоя атмосферы над неоднородной поверхностью будут; рекомендованы к использованию в моделях погоды и климата, что в перспективе будет способствовать улучшению качества климатических и региональных прогнозов. Сочетание традиционных и новаторских методов исследования, натурных наблюдений и численного моделирования позволит получить новые и более полные научные результаты и существенно продвинуться в решении задач проекта, относительно текущего состояния исследований по данной тематике в мире. Практическая значимость проекта связана возможностью использования его результатов при решении задач городского и сельскохозяйственного планирования, задачи повышения качества метеорологического прогноза, в частности, прогноза распространения загрязнений, ветрового и теплового режима над урбанизированными, прибрежными и горными регионами.