Розроблено метод, який дозволяє за даними стандартних метеорологічних спостережень оцінити поточний стан дифузійних властивостей нижньої частини межового шару атмосфери. Метод передбачає визначення аналога параметра Моніна - Обухова та враховує географічні, геофізичні та клімачні особливості України. З використанням архіву метеорологічних і аерологічних даних зроблено верифікацію методу та показано задовільне узгодження. Запропоновано новий параметр стійкості для визначення метеорологічного та кліматичного потенціалу забруднення атмосфери. Зроблено спробу районування території України з кліматичним потенціалом забруднення для теплого та холодного сезонів року.

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.

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.

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.

Приведены климатические характеристики общей циркуляции атмосферы. Изучены основные черты многолетних полей температуры в тропо- и стратосфере. Охарактеризованы особенности глобальных полей геопотенциала в свободной атмосфере. Исследована структура глобальных полей составляющих скорости ветра в тропо- и стратосфере. Уделено внимание статистической структуре телеконекций в полях основных параметров общей циркуляции атмосферы в атлантико-европейском секторе в зимний период.

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.

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.

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.

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.

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.

Досліджено події тривалих змін метеопараметрів тропосфери з 2001 по 2006 рр. за дії одиночних сонячних спалахів X-рентгенівського класу, які супроводжувались корональним викидом маси (КВМ). Встановлено, що основну дію на висотні профілі температури, тиску і вологості для північних широт від 74 до 60<$E symbol Р> здійснюють КВМ. Під їх дією за умови сонячного цілодобового освітлення тропосфери температура збільшується приблизно на 10 <$E symbol Р>C на висотах понад 9 км. На низьких висотах відбувається охолодження тропосфери на ту ж величину. За умов полярної ночі профілі змін температури виявляються протилежними. Вище за 6 км атмосфера холоне приблизно на 4 <$E symbol Р>C, а нижчі шари нагріваються радіаційним випромінюванням Землі на ту ж величину. У всіх випадках зафіксовано зменшення атмосферного тиску, яке на висоті 9 км може перевищувати 10 гПа. Вологість тропосфери в усіх випадках зменшується практично по всій товщі середньої тропосфери. В окремих випадках спостерігався аналогічний вплив на тропосферу прямих сонячних протонів.

Приведены результаты полугодового цикла измерений градиента коэффициента преломления тропосферы за период зима - лето по результатам измерений угла прихода с помощью радиоинтерферометра, принимающего радиосигнал геостационарного спутника Земли Asiasat 3S. Проведен анализ и обоснование полученных результатов. Исследованы некоторые явления в тропосфере, приводящие к наблюдавшимся в процессе измерений аномально большим значениям градиента коэффициента преломления.

Атмосферная циркуляция в Южной полярной области (ЮПО) изучается посредством анализа средних полей давления за каждое десятилетие в течение периода 1961 - 2000 гг. и эталонных (наиболее вероятных) синоптических процессов зимнего и летнего сезонов 1991 - 2000 гг. Современное состояние циркуляции в Западном секторе ЮПО определяется преобладанием циклоничности, в особенности в море Беллинсгаузена. Преобладает западный и северо-западный перенос по отношению к Земле Грейама, с малой вероятностью адвекции холодного воздуха из континентальных районов Антарктиды, что объясняет причину значительного роста приземной температуры воздуха в районе Антарктического полуострова, а также на украинской станции Академик Вернадский. Полученные результаты позволяют оценить современное состояние и причины изменений климата (потепление) в исследуемом районе.

Рассмотрено влияние водных и водно-кислотных аэрозольных слоев, образующихся во время солнечно-протонных событий, на энергетический баланс земной атмосферы в высоких широтах. Показано, что во время солнечных вспышек поток солнечной энергии, достигающий поверхности Земли, может уменьшаться на 6 - 11 % за счет отражения от аэрозольного слоя, образовавшегося в результате ионизирующего воздействия высокоэнергетичных солнечных протонов.

Розглянуто різні моделі розподілу коефіцієнта заломлення тропосфери. Вказано на обмеження щодо застосування деяких з них за умов реальної метеорологічної ситуації, рельєфу і стану підстилаючої поверхні. Запропоновано спосіб знаходження розподілу коефіцієнта заломлення на підставі вертикальних профілів показника заломлення, одержаних в двох точках, віддалених одна від одної.

Рассмотрена задача оценки вектора состояния неподвижного потребителя с использованием сигналов навигационных космических аппаратов глобальной навигационной спутниковой системы GPS. Представлены две имитационной модели спутниковой системы координатного и частотно-временного обеспечения неподвижных потребителей. Первая модель позволяет исследовать влияние только тропосферной погрешности измерения псевдодальностей и псевдоскоростей на точность оценивания вектора состояния потребителя. Включение зенитной тропосферной задержки сигналов навигационных космических аппаратов в вектор состояния потребителя во второй модели позволяет компенсировать тропосферную погрешность измерения псевдодальностей и получить практически несмещенные оценки расширенного вектора состояния потребителя.

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.

Одержано одновимірну модель середнього електростатичного поля нижньої атмосфери (0 - 30 км). Модель представлено рівнянням Пуассона для самопогодженого поля електронів у щільному газі. Відшукано точний розв'язок у наближенні сталих коефіцієнтів, який відповідає інтегрованості класичного осцилятора Морзе. Розв'язок параметризовано величинами енергії поля в одиниці об'єму. Базові функції лінійного наближення, на відміну від однорідного наближення Дебая - Хюккеля, - функції Ейрі (Ai, Bi), які показують осциляційну гіперполяризованість розподілу електронів у полі сили тяжіння. В межах цієї моделі запропоновано інжекційно-поляризаційний механізм стабілізації лінійних хмарових аномалій хвилями зарядової щільності в неоднорідній (надлишковій) електронно-іонній підсистемі атмосфери у вертикальному стратифікованому полі. Згідно з розрахунками, збурення приземного електростатичного поля від сейсмічно активних розломів або меж осередків землетрусів достатньо для поляризації зарядженої підсистеми водяної пари лінійних хмарових аномалій.

Проведено широкомасштабний моніторинг густини потоку теплових нейтронів біля поверхні Землі в Європейській частині Росії та в Атлантиці (від Балтійська до Ушуаї), на Північному полюсі, а також в тропосфері під час висотних авіаперельотів. В Атлантичному океані виявлено зони посиленої емісії теплових нейтронів до 300 н/(с <$E cdot> м<^>2), що в 20 - 30 разів перевищують фоновий рівень і збігаються за локалізацією з океанськими фронтами, зонами підвищеної концентрації фітопланктону. Розглянуто роль кінетичного захоплення фонових нейтронів у формуванні аномально високого корпускулярного випромінювання від біомаси.

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.