ИСТИНА

В докладе представлены вычислительные технологии расчета турбулентных течений в пограничных слоях атмосферы и океана, основанные на двух подходах: прямом численном моделировании и вихреразрешающем моделировании. Модели разработаны в Институте вычислительной математики РАН и Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ имени М.В.Ломоносова, основаны на оригинальных методах численного решения уравнений гидродинамики и на новых подходах к построению "подсеточных" замыканий. Они имеют эффективную параллельную реализацию, позволяющую использовать гетерогенную архитектуру современных суперкомпьютеров. В докладе представлены некоторые результаты по решению ряда задач, иллюстрирующих применение разработанных моделей и направленных на уточнение существующих и на построение перспективных параметризаций турбулентных процессов в моделях крупномасштабной циркуляции атмосферы и океана. На основе прямого численного моделирования выполнено исследование структуры турбулентного течения Куэтта при сильно устойчивой стратификации. Показано, что турбулентность может поддерживаться при числах Ричардсона, превышающих известные ранее оценки. Она характеризуется сильной пространственной перемежаемостью и наличием крупномасштабных вторичных циркуляцией. Проведено численное исследование стратифицированного потока под торошенным льдом при задании формы ледяных килей и их характерного пространственного распределения, согласованного с данными наблюдений. Показано, что структура турбулентного потока в перемешанном слое подо льдом, волновые возмущения и величина волновой компоненты силы сопротивления могут в значительной степени определяться пространственным распределением ледяных торосов. Выполнено вихреразрешающее моделирование геофизических турбулентных течений в пограничном слое атмосферы над неоднородной подстилающей поверхностью совместно с лагранжевым расчетом переноса пассивных трассеров. Построены оценки области влияния (функции "футпринта") поверхностного потока скаляра на пульсационные измерения, проводимые на удалении от поверхности Земли, в пограничном слое атмосферы. Проведены расчеты турбулентного переноса активных трассеров, имеющих распределение по массе и размеру и взаимодействующих с турбулентным потоком воздуха (природным аналогом является, в частности, снежная поземка). Рассмотрены факторы, влияющие на возможность взвеси частиц воздействовать на турбулентность и приводить к изменению потока импульса на подстилающей поверхности за счет эффектов стратификации двухфазной жидкости и инерции трассеров. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (коды проектов 15-05-03911 и 16-05-01094) и Российского научного фонда (номер гранта 17-17-01210).