Рассмотрены вопросы математического моделирования динамики пограничного слоя атмосферы в мезометеорологическом масштабе и моделирования процесса распространения атмосферных выбросов промышленных объектов в локальном и региональном масштабах. Для получения "физически" корректного численного решения высокого порядка точности разработана теория нелинейной монотонизации разностных схем для уравнений параболического и гиперболического типов. Изложены методы решения системы уравнений гидротермодинамики для пограничного слоя атмосферы, основанные на использовании функции источника, на принципе переменных направлений. Описаны структуры интегрированных информационных систем обработки метеорологической информации и моделирования процесса распространения примеси от стационарных промышленных источников в локальном (для города) и региональном (мезометеорологическом) масштабах. Представлены данные сравнительного анализа численных расчетов для различных методик, различных моделей, на примерах предприятий г.Луганска, для различных типов устойчивости атмосферы для Восточноукраинского региона.

Описываются постановка и программная реализация физико-математической задачи совместного количественного описания турбулентно-циркуляционного режима и процессов переноса и рассеяния примеси над орографически неоднородной подстилающей поверхностью в ограниченном регионе. Представлены результаты моделирования турбулентно-циркуляционного режима нижнего слоя атмосферы над Украиной для типовых синоптических процессов. Дана оценка точности восстановления пространственно-временного распределения характеристик нижнего слоя атмосферы на основе трехмерной модели атмосферного пограничного слоя. Изложены основные подходы к моделированию диффузионных процессов в атмосфере на основе уравнения турбулентной диффузии, приведен численный алгоритм и результаты моделирования процессов распространения и рассеяния примеси при различных метеорологических условиях.

Дисертацію присвячено питанням математичного моделювання внутрішньої структури атмосферного примежового шару (АПШ) і процесів поширення і розсіяння забруднюючих речовин в нижньому шарі атмосфери на основі стандартної метеорологічної інформації. Розроблено атмосферну турбулентно-циркуляційну і дифузійну модель діагнозу і прогнозу динаміки нижнього шару атмосфери і його екологічного стану з урахуванням основних фізичних механізмів формування закономірностей просторово-часового розподілу метеорологічних величин, характеристик турбулентного обміну і перенесення забруднюючих речовин над територією України. Запропоновано методики параметризації ефектів орографії в задачі відновлення внутрішньої структури АПШ і екологічного стану нижнього шару атмосфери, класифікації умов формування внутрішньої структури АПШ, регіонального перенесення і дифузії забруднюючих речовин і її використання в задачах екологічного моніторингу. Встановлено основні закономірності розподілу характеристик турбулентно-циркуляційного режиму і екологічного стану нижнього шару атмосфери при характерних для України атмосферних процесах.

Дисертація присвячена розробці методу кількісного опису турбулентно-циркуляційної структури прибережної мілководної зони моря - шельфового пограничного шару (ШПШ) і виявленню основних закономірностей тривимірного розподілу характеристик ШПШ. Постановка задачі кількісного опису нестаціонарного стратифікованого бароклинного ШПШ сформульована з урахуванням основних внутрішніх і зовнішніх механізмів для обмеженої тривимірної розрахункової області моря з топографічно складним рельєфом дна. Виписана система рівнянь гідротермодинаміки і турбулентного замикання і запропоновано метод визначення циркуляційних і турбулентних характеристик ШПШ шляхом чисельного розв'язання цієї системи для широкого діапазону гідрометеорологічних і морфометричних параметрів. Достовірність моделі підтверджена узгодженням розрахованих і виміряних модулів і напрямів вектора поверхневої течії. Показана можливість застосування розробленого методу в оперативній практиці на прикладі Одеської затоки і Південно-Китайського моря.

Освещен опыт математического моделирования структуры турбулентного геофизического пограничного слоя на вращающейся Земле с учетом стратификации и эффектов бароклинности. Приведено определение геофизического пограничного слоя и изложены физико-математические методы описания его структуры. Проанализированы термические, циркуляционные и диффузионные процессы в атмосферном пограничном слое. Изучены количественные характеристики термодинамических процессов в верхнем турбулентном слое океана. Рассмотрен метод расчета турбулентных потоков на границе раздела океан - атмосфера. Значительное внимание уделено вопросам приложения теории геофизического пограничного слоя к решению прикладных задач в области атмосферных и морских водных ресурсов.

Одержано кількісні характеристики турбулентно-циркулярного режиму нижнього шару атмосфери над територією Індокитаю з використанням методів математичного моделювання. Виконано адаптацію тривимірної нестаціонарної моделі до складних умов орографії досліджуваного регіону. За даними об'єктивного аналізу Британської метеослужби відібрано типові синоптичні ситуації, для яких розраховано метеорологічні величини та параметри турбулентності у вузлах регулярної сітки з кроком 0,5 - <$E1~ symbol Р> по горизонталі та на 21-му розрахунковому рівні по вертикалі. З використанням даних стосовно швидкості вітру та стратифікації атмосфери розраховано перенос та розсіювання забруднювальних речовин. Наведено приклади розрахунку концентрації домішки поблизу промислових підприємств В'єтнаму.

Для розрахунку вентиляції міської забудови розглянуто механізми розвитку турбулентності у межах міської забудови. Введено поняття доменів турбулентності та їх зв'язок з конвективними терміками. Проаналізовано механізми розвитку турбулентності у межах міста та його окраїн. Розглянуто зв'язок термічної конвекції з випаровуванням від внутрішніх водоймищ та з поверхні моря. Наведено докладний аналіз формування конвекції за Бенаром та її взаємодії з бризовою циркуляцією. Введено принцип найменшої дії під час розрахунків формування вітрового переносу у межах орографічних ландшафтів південних приморських міст. Розглянуто карти вітрових потоків на прикладі Одеси для літнього періоду.

Доведено, що для досягнення високої точності результатів GPS спостережень необхідно враховувати регіональні властивості вертикальних профілів метеорологічних величин та індексу показника заломлення (ІПЗ). Проведено аналіз точності існуючих аналітичних моделей для визначення складових зенітної тропосферної затримки за великим обсягом матеріалів аерологічних зондувань у західному регіоні України в 2002 - 2003 рр. Встановлено емпіричну залежність зміни ІПЗ водяної пари з висотою, а також оптимальні для даного регіону межі висот нейтральної атмосфери (НА), до яких потрібно враховувати суху та вологу складові ІПЗ. Розроблено метод урахування річних динамічних властивостей НА в регіоні з метою визначення сухої та вологої складових лінійної затримки сигналів супутників, який суттєво підвищує точність врахування впливу НА на супутникові спостереження.

Зазначено, що характерною особливістю внутрішньої структури пограничного шару атмосфери (ПША) в період слабкого вітру біля поверхні землі на північно-західному Причорномор'ї є наявність струминної течії нижнього рівня на висотах піднесеної або верхньої частини приземної інверсії. Показано, що термічна компонента виконує визначальну роль у формуванні внутрішньої структури ПША, а також істотний вплив адвективних чинників і турбулентного обміну.

Викладено аналіз складових рівняння балансу ентропії для планетарної атмосфери. Це рівняння відрізняється від загальноприйнятого рівняння балансу ентропії тим, що воно допускає зниження ентропії для ряду макромасштабних атмосферних процесів і, тим самим, дає змогу здійснювати прогноз перебудов клімату.

Топологічний нерв - один з головних факторів створення фаз за змін клімату. Це основний фактор у формуванні балансу ентропії в термодинамічній системі планетарної атмосфери. На відміну від факторів дрібномасштабних термодинамічних систем, він допускає в планетарних процесах зміни клімату, зниження ентропії в термодинамічному континуумі кліматичної системи.

Розроблено напівемпіричні моделі сучасної динаміки вікового та сезонного ходу глобальної приземної температури в ХХ ст. Виявлено ефект зміщення по фазі вперед (приблизно на 3 місяці) у сезонному ході максимального рівня потепління протягом двох послідовних хвиль квазіперіодичного коливання: 1890 - 1950 рр. і 1940 - 2000 рр. Обговорено проблему різкого похолодання стратосфери протягом декількох останніх десятиліть (з темпом 0,25 - 0,35 <$E symbol Р>C/10 років). Побудовано сценарії подальшого глобального потепління в ХІ ст. на підставі безпосередньої екстраполяції тенденцій у віковому ході глобальної приземної температури протягом ХХ ст. і логарифмічного закону залежності рівня глобального термічного режиму від вмісту CO2 в атмосфері за умови безпосередньої екстраполяції експоненціального закону його росту в останній чверті ХХ ст.

Розглянуто зв'язок сферичних функцій з мультиполями, що дає змогу провести порівняльний аналіз спектрального зображення глобального атмосферного процесу та його аналогії у конформному відображенні поверхні сфери на комплексну площину. За таким підходом можна локалізувати характерні основні риси глобального атмосферного процесу в конкретних координатах сферичної поверхні Землі.

Рассмотрены теоретические основы расчета баланса энтропии планетарной атмосферы. Предположено, что изменение баланса энтропии можно проследить, исследуя климатические эпохи прошлого на примере XX-го столетия.

On the basis of spectral methods, a spectral analog of the entropy balance equation which allows us to introduce the second law of thermodynamics into a general model of the atmosphere circulation with the aim to carry out the diagnosis of climate changes of the Earth atmosphere is derived.

Semiempirical models of the modern dynamics of century and seasonal courses of the global temperature of air in the 20-th century are worked out. The effect of a forward displacement of the phase (approximately by 3 months) in the seasonal course of a maximum level of warming for two consecutive waves of quasipenodic oscillations (1885 - 1945 and 1940 - 2000) is revealed. Scenarios of the subsequent global warming in the 21-st century are constructed on the basis of the direct extrapolation of tendencies in a century course of the global temperature of air during the 20-th century and the logarithmic law of the dependence of the global thermal regime on the content of CO2 in the atmosphere upon the direct extrapolation of the exponential law of its growth in the last quarter of the 20-th century.

Описана усовершенствованная модель атмосферного пограничного слоя (АПС), предшествующая версия которой успешно используется для параметризации турбулентного обмена в прогностической схеме Российского Гидрометеорологического Центра. Одновременно проанализированы преимущества и ограничения методов воспроизведения внутренней структуры АПС в современных прогностических схемах RAMS и WRF, используемых в США.

Використано нестаціонарну математичну модель для опису термодинамічної структури граничного шару атмосфери (ГША), яка враховувала неадіабатичні притоки тепла та параметризовану адвекцію тепла. За допомогою фактичних даних океанської станції "С" змодельовано фізичні процеси ГША та проаналізовано одержані результати щодо ступеня впливу адвекції температури.

Выполнена оценка систематической ошибки региональной модели ММ5v3.7 при использовании различных схем параметризации пограничного слоя, кучевой конвекции, радиационных и микрофизических процессов. Оценивание выполнено на основании сравнения прогностических полей метеорологических элементов с полями ре-анализа ERA40. Получены характеристики временной эволюции, вертикальные профили и пространственное распределение систематической ошибки модели, а также оценки спектральной плотности основных прогностических переменных в модели и ре-анализе. Предложены рекомендации по выбору оптимальных схем параметризации для использования в численных прогнозах метеорологических элементов.