ИСТИНА

Целью исследования является разработка эффективных математических методов повышения точности оценок эмиссий газовых и аэрозольных примесей от наземных стационарных локальных и распределенных источников; получение более точных параметров атмосферной турбулентности на основе модельных и натурных данных; расчет пространственной структуры шлейфов загрязненного воздуха от локальных источников по данным наблюдений с космических аппаратов; расчет вертикальных профилей распределения ключевых примесей над городом с высоким пространственным и временным разрешением; дальнейшее развитие методов асимптотического анализа в сингулярно возмущенных многомерных задачах типа реакция-диффузия-адвекция с целью приложения результатов исследования к решению прямых и обратных задач нелинейного тепломассопереноса и, в частности, к решению задач атмосферной диффузии малых примесей.

In recent years, progress has been evident in the numerical modeling of atmospheric composition. Chemical transport models have been developed that describe the processes of transport and chemical transformation of gas impurities and aerosols emitted into the atmosphere by urban sources. The main problem of using models to predict sudden changes in air quality in a particular place at a particular time is the lack of information on the space-time structure of the emission distribution and on the vertical stratification of impurities over the city. For the first time in this project, the task is to determine the daily emissions from urban sources of key impurities. Modeling is based on observations of their surface concentration performed at the network of air monitoring stations and of their vertical distribution carried out at towers and by remote sensing methods. The solution of this problem is achieved on the basis of the development and use of methods of the asymptotic analysis of multidimensional singularly perturbed problems for the nonlinear heat and mass transfer equations, as well as the use of effective numerical methods for the solving problems for nonlinear heat and mass transfer equations and initial-boundary value problems for the system of the averaged equations of hydrodynamics. Developed analytical and numerical algorithms become the basis for the new methods of calculating the daily corrected emission fluxes of anthropogenic impurities from urban sources, for a new method for determining daily integrated emissions from the entire city or agglomeration. Emissions of key pollutants (in particular, NO, NO2, CO, SO2) and climatic gases (in particular, CH4, CO2) from the Moscow agglomeration will be calculated from long-term observations of the atmospheric composition. The use of these values in chemical transport models will allow to identify the features of the distribution of impurities over the territory of agglomeration, plume parameters and the degree of impact of the city on the state of the regional atmosphere, to assess the health risks, as well as to identify in advance the prerequisites for the formation of extreme situations associated with a sharp decrease in the air quality.

1. С позиций асимптотического анализа исследованы многомерные сингулярно возмущенные стационарные и периодические задачи нелинейного тепломассоперерноса (в том числе с нелинейными коэффициентами тепловой диффузии) на наличие устойчивых решений с пограничными и внутренними переходными слоями и результаты исследования применены к решению прикладных задач нелинейного тепло и массообмена, в частности, к решению прямых и обратных задач атмосферной диффузии малых примесей. 2. Разработаны рациональные локальные математические модели переноса активных и консервативных примесей, функциональный вид которых (моделей) согласован по сложности с объемом имеющихся натурных данных. 3. Разработан эффективный численно-асимптотический алгоритм восстановления параметров локальных динамических моделей переноса активных и консервативных примесей в атмосферном пограничном слое на основе использования результатов строгого асимптотического анализа в сингулярно возмущенных задачах реакция-диффузия-адвекция и данных наблюдений с космических аппаратов серии Ресурс/П или на станциях Мосэкомониторинга. 4. Разработаны новые математические методы оценки эмиссионных потоков от локальных стационарных источников (промышленные предприятия)и распределенных источников (автотранспорт), использующие данные высокоточного космического мониторинга или данные наблюдений на станциях Мосэкомониторинга. Получены количественные оценки выбросов диоксида азота и оксида углерода реальными антропогенными источниками. 5. На основе численно-асимптотического подхода разработан эффективный алгоритм восстановления параметров вертикального профиля коэффициента турбулентной диффузии с использованием модельных и натурных данных. 6. Выполнен расчет пространственной структуры шлейфов загрязненного воздуха от локальных антропогенных источников и вертикальных профилей распределения антропогенных примесей над городом с высоким пространственным и временным разрешением; получен прогноз распространения примесей на основе использования локальных динамических моделей с восстановленными параметрами. 7. Проведена валидация результатов моделирования с использованием разработанных локальных динамических моделей переноса примесей с результатами расчетов, полученных с помощью альтернативных локальных и региональных химико-транспортных моделей.