Введение к работе
Актуальность-темы. Разнообразие ферм облаков, развивающихся в «сфере Земли, связано . с различной природой и масштабам:! эцессов, участвующих в их образовании. Одним из таких процессов ляется термическая конвекция - развитие вертикальных движений здуха под воздействием теплового источника. Тепловой источник кет иметь разное происхождение, связанное как с неоднородностью эгрева подстилающей поверхности солнечными лучами, так и с целением тепловой энергии' в результате пожара или взрыва, цность, размеры и время существования источника определяют гштабы и формы развивающихся, конвективных облаков. >
В настоящее время наиболее изученными язляются конвективные лака, образовавшиеся в результате 'действия ' естественных, авнительно маломощных источников. Гораздо менее изученными ляются облака, образующиеся в результате действия мощных точников тепла, которые ,как правило, возникают в экстремальных туациях,;таких как крупные пожары, извержения вулканов, ядерные рывы, аварийные выбросы на АЭС, нефте.и газопроводах.
Развивающиеся в экстремальных условиях облака являются сьма мощными образованиями, вершины. которых могут достигать «них слоев стратосферы, а максимум скорости восходящих движений значений 100м/с и более. Такие облака способны переносить в рхние слои тропосферы и в стратосферу десятки тысяч тонн влаги аэрозольных' частиц, что в свое время послужило отправной точкой я создания теории- "ядерной зимы". Именно разработка этой теории ивела к появлению большого количества численных моделей лаков, развивающихся' над - сильными пожарами, , которые едназначены были ответить на вопрос, какое количество аэрозоля дет вынесено в нижнюю стратосферу * в случае "ядерной войны и ожет ли этот аэрозоль нарушить тепловой' баланс планеты, что ивело бы к климатической катастрофе. Следует отметить, что по ;енке ряда западных ученых, именно угроза "ядерной зимы" в льтой степени подтолкнула процесс ядерного разоружения, начатый іавительствами США и СССР. И хотя в настоящее время угроза дерной зимы" в значительной степени ослабла, но'. .по-прежнему, -:туальной .остается проблема загрязнения атмосферы огромным їличєстаом аэрозольных частиц, образующихся в результате крупных !сных пожаров, извержений вулканов, горения нефтяных" и газовых важин (как ..например, известные -пожары . на - нефтяных (сгорождениях.в Кувейте и Узбекистане). Образующиеся при этом
облака являются своеобразным "средством доставзси" аэрозоля верхние слей тропосфери и стратосферу. Кроме того разнообраз: мккрофизические, химические, электрические процессы, идущие таких облаках, а также процессы Еымывания определяют сое аэрозоля, его распределение по высоте и размерам, а та количество аэрозоля, выпадающего с осадками на землю. В э сияем изучение облаков, образующихся в экстремальных услови представляется весьма актуальным с точки зрения прогн изменения экологической обстановки в заданном районе, а та климатических изменений на всей планете.
Кроме того, исследование такого рода облаков необходимо разработки эффективных методов их дистанционного. обнаружения определения состава находящихся в них веществ. Это позвол например, оценивать степень радиоактивного загрязнения выбро АЭС, не приближаясь к ним непосредственно.
Цель работы.
1.Построить и реализовать на ЭВМ численную моде позволяющую адекватно описывать эволюцию аздко-капельнс конвективного облака, развивающегося в екстремальних услови при наличии на поверхности земли или в атмосфере тепле источников больной мощности.
2.На основе разработанной модели исследовать особенно змзненного цикла и стадий жизни облаков в зависимости распределения влажности окружающей среды а также продолжительности действия , температуры и радиуса теплої источника.
Научная новизна.
1.Разработана специализированная численная мо; позволяющая исследовать полный цикл развития конвекции при нал на поверхности земли и в атмосфере источников чнергии 6oj мощности. Система уравнений модели отличается тем, что позво; одновременно описывать динамические процессы, связанные течением сжимаемой жадности, и микрофизические процессы, вклі формирование и выпадение аидких осадков.
2Мрведеко подробное изучение особенностей жизненного : и стадий развитая облаков экстремальных ситуаций, их отличие эволюции облаков естественного происхождения.
3.Сравнительный анализ результатов численных экспериментов, зволил выявить некоторые закономерности изменения динамических и крофизических характеристик в облаках, развивающихся ігри зличных, значениях начальных параметров источника и влажности рукающей среды.
учная и практическая ценность.
Диссертационная работа проводилась как часть плановых и здоговорных НИР, выполнявшихся лабораторией физики облаков ГГО в 89-1993гг. В частности, в рамках хоздоговорной НИР "Г.юбус-91" и лобус-92" проводились численные эксперименты с целью определэния рактерных особенностей развития конвективных облаков в данных экстремальных условиях, а также исследовалось влияние раметров окружающей среды на развитие такого облака.
ггробация.
Результаты работы докладывались на 2-ом Всесоюзном симпозиуме математическому моделированию атмосферной конвекции и
кусствешнх воздействий на конвективные облака (Нальчик, 1990г), Конференции молодых ученых и специалистов ГГО
енинград,1990г.), на научных семинарах ГГО, при приемке
казчиком отчетов по хоздоговорным НИР."Глебус-90", "Глобус-91",
лобус-92", "Глобус-93".
руктура к объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и ключения, содержит За рисунков и 9 таблиц. Общий объем работы ставляет 466 страниг. Список литературы содер:иіт iot> именований.
блик'ации.
По теме диссертации опубликованы А печатных работа. Перечень бликаций приведен в конце автореферата.
новные положения, выносимые на завиту.
Разработанная численная модель, позволяющая исследовать рактеристики жидко-капельного конвективного облака, звизагацегооя в вкстремальных ситуациях, а такко ре?ультатн ализа численних экспериментов по изучению характерны;-;
* 6
особенностей эволюции таких облаков при различных значения начальных параметров источника и распределений влажности окружающей среде.
Достоверность полученных результатов.
Достоверность полученных. результатов подтверждаете* физической обоснованностью исходной системы уравнений модели, устойчивостью . выбранной численной схемы, справедливость! применения принятых допущений в используемом диапазоне условий соответствием полученных результатов имеющимся експериментальна* данным.