Главная – Журналы – Поиск по журналам

Настоящий обзор посвящен перемежаемости атмосферной турбулентности разных типов (колмогоровской и когерентной) в горном пограничном слое. Сделан краткий обзор мировой научной литературы по видам перемежаемости турбулентности для лучшего понимания места, которое занимает среди них перемежаемость разных типов. В связи с имеющимися в литературе различными толкованиями понятия когерентной турбулентности дополнены сделанные ранее авторами обзоры мировой научной литературы по когерентной турбулентности и когерентным структурам, в которых описаны механизмы появления (формирования) когерентной турбулентности и ее ключевые свойства, а также указаны связи и различия между когерентной и колмогоровской турбулентностью. К итогу обзоров можно отнести обсуждение современного научного представления о структуре турбулентности. Так, авторами настоящей статьи ранее (2008-2019) независимо было показано, что атмосферную турбулентность можно рассматривать как некогерентную смесь различных когерентных структур. Вместе с тем существует гипотеза Э. Хопфа (1948) о конечномерности аттракторов в фазовом пространстве решений уравнений Навье-Стокса. Физической расшифровкой этой гипотезы, как указывали А.С. Монин и А.М. Яглом (1991, 1992), является представление о структуре турбулентности как о пространственно-временном хаосе конечного числа взаимодействующих когерентных структур. Из сравнения указанных представлений видно, что результаты авторов фактически являются доказательством гипотезы Э. Хопфа в ее интерпретации, сформулированной А.С. Мониным и А.М. Ягломом. При этом «хаос» турбулентности является в значительной степени детерминированным. Обзорные результаты исследования перемежаемости турбулентности разных типов - итог многолетних экспериментальных исследований турбулентности акустическими и оптическими методами, выполненных авторами в высокогорных астрономических обсерваториях. Приведены зарегистрированные в оптико-метеорологических измерениях времена жизни турбулентности разного типа: колмогоровской и когерентной. Показано, что эффект перемежаемости типов турбулентности характеризует локальную структуру турбулентности над регионом размещения обсерваторий и позволяет выработать практические рекомендации относительно наиболее благоприятного режима проведения наблюдений в астрономических обсерваториях.

В рамках теории микромагнетизма строится микроструктурная модель поведения ферромагнитного материала (сплава Гейслера) в магнитном поле. Динамика процесса описывается уравнением Ландау - Лифшица - Гильберта. С использованием процедуры Галеркина дифференциальным соотношениям ставятся в соответствие вариационные уравнения. Рассматривается мартенситная структура типа "елочки" (сдвойникованный вариант мартенсита) с магнитными доменами, расположенными под углом 180$^\circ$. Границы двойников выполняют роль 90-градусных магнитных доменных стенок. Исследуется эволюция данной магнитной структуры - движение и взаимодействие 180-градусных магнитных доменных стенок при наличии внешнего магнитного поля, приложенного в различных направлениях. Методом конечных элементов моделируется образование этих стенок и распределение вектора намагниченности в них.

Рассматривается задача построения точных решений пространственных уравнений среды Мизеса на основе группы непрерывных преобразований, допускаемой системой (задача Б. Д. Аннина). Приводятся новые классы решений пространственных уравнений пластичности. Решена задача о сжатии слоя упругопластического материала жесткими плитами. При этом материал подчиняется экспоненциальному условию пластичности, предложенному Б. Д. Анниным.

Ретроспективный анализ результатов исследований механизма криогенной миграции воды в промерзающих грунтах выполнен на основе изучения опубликованных работ около 160 российских и 100 иностранных авторов: это статьи, монографии, диссертации, патенты, труды конференций, научные отчеты. Основные из них и наиболее актуальные по теме статьи приведены в списке литературы. Особое внимание уделено ключевым аспектам формирования представлений о движущих силах криогенной миграции (влагопереноса) в промерзающих грунтах. Этот анализ необходим для правильной физической постановки математической модели процесса морозного пучения промерзающих грунтов, которая будет представлена в последующих работах авторов.

Выполнен анализ современного температурного состояния мерзлых и талых пород на территории Прибайкалья (о. Ольхон). Показано, что современный тренд температуры пород напрямую связан с изменением климатических условий и повышением температуры атмосферного воздуха. Многолетнемерзлые породы в пределах о. Ольхон испытывают существенные преобразования, а изменения, происходящие в грунтовой толще, направлены на деградацию мерзлых толщ.

Приведены данные о максимальной площади припайного льда в Восточно-Сибирском море и ее межгодовой изменчивости по данным ледовых карт ААНИИ за период 1999-2019 гг. Максимальная площадь припая сопоставлялась с ветровым режимом в акватории Восточно-Сибирского моря по данным реанализа ERA5. Анализ межгодовой изменчивости максимальной площади припайного льда показал отсутствие статистически значимых изменений в 1999-2019 гг. Выделено два типичных положения кромки припая, характерных для месяцев с максимально развитой площадью припая. В одни сезоны развитие припая останавливается при достижении кромкой изобаты 20 м, в другие сезоны кромка продвигается до изобаты 30 м. Наибольшего развития припайный лед достигает при преобладающих северных и северо-восточных нажимных ветрах, которые способствуют деформации льда и образованию стамух у мористой кромки припая.

Невозможность охвата прямыми масс-балансовыми наблюдениями большого количества ледников диктует необходимость развития альтернативных способов оценки баланса, одним из которых является физико-математическое моделирование. Авторами проведено моделирование баланса массы долинного ледника Сары-Тор за 2003-2016 гг. Для этого физико-математическая модель A-Melt таяния снега и льда в высокогорной зоне, изначально разработанная для условий Северного Кавказа, была адаптирована к условиям континентальных ледников. В расчетную схему был добавлен блок процессов, происходящих в снежной толще и на границе снег-лед: передача тепла методом молекулярной теплопроводности, в том числе в активном слое ледника; фильтрация воды через снег и в толщу фирна; повторное замерзание воды в толще снега, на границе снег-лед и в фирновой толще. Проведена верификация результатов моделирования по данным натурных наблюдений на сети реек и по результатам применения геодезического метода для расчета баланса массы ледника. Проанализированы реалистичность принятых значений калибровочных параметров и достоверность воспроизведения моделью пространственного распределения аккумуляции на леднике. Сопоставление элементов динамики ледника Сары-Тор по результатам моделирования в 2003-2016 гг. с измерениями в 1985-1989 гг. позволило выявить их климатически обусловленные изменения.

Наборы интерферометрических пар спутниковых изображений ALOS PALSAR периода 2007-2010 гг. использованы для расчета сезонных и межгодовых изменений высоты поверхности почв для участка криолитозоны на крайнем северо-востоке Европейской России, расположенного в предгорной части Полярного Урала. Верификация полученных результатов выполнена по наземным инструментальным измерениям, проведенным на площадке мониторинга мощности сезонноталого слоя CALM R2. Показатели изменения высоты поверхности почв по результатам спутниковых измерений имели меньшие значения и амплитуду, чем при полевых инструментальных наблюдениях. По интенсивности сезонных изменений высоты поверхности почв в вегетационный период 2007 г. выделены две условные группы участков: более дренированные, часто приуроченные к верхним частям моренных увалов, и нижние части склонов с более высокой степенью увлажнения. Для выделенных групп участков между сравниваемыми показателями спутниковых и инструментальных измерений установлены значимые корреляционные связи. Сходимость результатов возрастает при увеличении количества инструментальных измерений внутри пикселя спутникового изображения. В контрастные по метеорологическим показателям годы (2007 и 2010) отмечены наибольшие различия величин изменения высоты поверхности почв. В равнинных тундрах в относительно влажный и холодный вегетационный сезон 2010 г. зарегистрировано большее опускание поверхности почв (до 1.5-4.5 см) по сравнению с более теплым и сухим 2007 годом (0-3.0 см). Для предгорных участков с моренными отложениями отмечен летний подъем высоты поверхности почв (до 2-3 см) на протяжении периода наблюдений.

Проанализированы результаты зондирования георадаром “Лоза-В” верхней части разреза мерзлых пород в области развития полигонального микрорельефа. Работы проводились на восточном побережье п-ова Таймыр и западном берегу о. Котельный (архипелаг Новосибирские острова). На обоих участках полигональный микрорельеф находится на нисходящей стадии развития, поэтому георадарные профили были пройдены поперек плоских и выпуклых центральных частей полигонов. Полученные результаты позволили установить особенности георадарных профилей для полигонов с разным типом поверхности, сложенных в основном песчано-гравийными отложениями. Выделены характерные георадарные комплексы, соответствующие центральным частям полигонов и отложениям, перекрывающим вытаявшие ледяные жилы. Показана возможность использования спектра волновых форм для интерпретации результатов, определены скорости распространения электромагнитных волн в изученных отложениях. Повторно-жильные льды и псевдоморфозы по ним не были достоверно установлены, но выявлены участки их вероятного нахождения.