ИНСТИТУТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ им. Г.И. МАРЧУКА
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТИТУТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ
им. Г.И. МАРЧУКА РАН

ИВМ РАН

119333, г. Москва, ул. Губкина, 8.
Тел.: (495) 984‑81‑20, (495) 989‑80‑24, факс: (495) 989‑80‑23, E‑mail: director@mail.inm.ras.ru

  • English


Геофизическая гидродинамика

На основную страницу кафедры ВТМГБ.

Геофизическая гидродинамика является разделом гидродинамики, к объектам исследования которой относится широкий круг явлений, наблюдаемых во вращающихся в целом жидкостях. К таким средам относятся, в частности, океан и атмосфера Земли, их лабораторные аналоги, атмосферы других вращающихся планет. К геофизической гидродинамике относятся такие дисциплины, как динамическая метеорология, физическая океанология, теория климата и другие.

Целью проводимых в рамках геофизической гидродинамики исследований являются изучение физических механизмов крупномасштабных процессов в атмосфере, океане, построение соответствующих им математических моделей для прогноза будущего и изучения прошлого состояния этих сред и отдельных физических процессов и явлений.

Геофизические модели, разрабатываемые в ИВМ РАН, многомасштабны. Это модели для описания турбулентных потоков в пограничном слое атмосферы (для, например, воспроизведения процесса переноса примесей в городской среде), предсказание погоды и прогноз состояния окраинных морей и, наконец, модели для изучения прошлого и прогноза будущего климата Земной системы (такая модель объединяет в себе модели атмосферы, океана, морского льда, озер и ледниковых щитов, атмосферной химии и др.) В создании таких моделей принимают активное участие, в том числе, студенты, аспиранты и выпускники кафедр Вычислительных технологий и моделирования в геофизике и биоматематике МФТИ, Вычислительных технологий и моделирования ВМК МГУ, Метеорологии и климатологии Географического факультета МГУ и многие другие.

Конечной целью разработки моделей является решение конкретных задач практической направленности: среднесрочный прогноз погоды, изучение палеоклимата Земли, оценка будущего Арктического региона и многое другое.

Моделирование турбулентности



Рис. Расчет турбулентного обтекания городской застройки (LES – модель), модуль скорости ветра на высоте 0.5 м. по модели ИВМ РАН и НИВЦ МГУ.
Прогноз погоды



Рис. Среднесрочный прогноз приземной температуры, облачности и осадков по модели ИВМ РАН и Гидрометцентра России.
Моделирование Земной системы



Рис. Прогноз изменения среднегодовой приземной температуры воздуха в сравнении с 2014 годом по модели ИВМ РАН.

В качестве примера конкретных научно-исследовательских работ студентов можно привести следующие темы:

– Субсезонный и долгосрочный прогноз аномалий погоды >>
– Cоздание глобальной модели атмосферы для системы прогноза погоды нового поколения >>
– Система прогноза состояния морского льда Северного Ледовитого океана >>
– Моделирование климата >>
– Численное моделирование геофизической турбулентности >>
– Математическое моделирование верхней атмосферы и ионосферы Земли >>

С участием ИВМ РАН на регулярной основе проводятся семинары

– Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи (совместно с НИВЦ МГУ) >>
– Суперкомпьютерное моделирование климатической системы (совместно с МГУ, Росгидрометом и институтами РАН) >>

В ИВМ РАН организуются специализированные курсы лекций, читаемые приглашенными специалистами:

Введение в геофизическую гидродинамику
Pavel Berloff, Professor
Imperial College London
Информация о курсе лекций.
Видеоматериалы лекций .
Мезомасштабная циркуляция океана и климат Земли
Igor Kamenkovich, Professor
Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science
Информация о курсе лекций.

Узнать подробнее о геофизической гидродинамике можно из следующих книг:

«Моделирование Земной Системы – суперзадача для суперкомпьютеров»
Дымников В. П.
Размышления академика РАН, директора ИВМ РАН с 2000 по 2010 гг. на тему математического моделирования в геофизической гидродинамике.
pdf
«Основы вычислительной геофизической гидродинамики»
Дымников В. П., Залесный В. Б., М:, ГЕОС, 2019, 447 стр.
«Основы геофизической гидродинамики»
Ф. В. Должанский / Под общ. ред. Е. Б. Гледзера М:, Физматлит, 2011, 264 стр.
(Перевод на английский язык: Dolzhansky F. V. “Fundamentals of Geophysical Hydrodynamics “/, Springer,2013, 257 pp.
«Основы математической теории климата»
Дымников В. П., Филатов А. Н. «Основы математической теории климата», М:, ВИНИТИ, 1994, 252 стр.
(Перевод на английский язык: Dymnikov V. P., Filatov A. N. “Mathematics of Climate Modeling“, Birkhauser, Boston, 1997, 260 pp. )
«Основы математической теории климата»
Авторы: Володин Е.М., Галин В.Я., Грицун А.С., Гусев А.В., Дианский Н.А., Дымников В.П., Ибраев Р.А., Калмыков В.В., Кострыкин С.В.,Кулямин Д.В., Лыкосов В.Н., Мортиков Е.В., Рыбак О.О., Толстых М.А.,Фадеев Р.Ю., Чернов И.А., Шашкин В.В., Яковлев Н.Г.
Год издания: 2016
Место издания: МАКС Пресс МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва
Объём: 328 страниц (26,65 печатных листов)
ISBN: 978-5-317-05435-9
Тираж: 300 экз.
pdf

О некоторых разработках с участием сотрудников ИВМ РАН в прессе:

Ученые пояснили, чем планете грозит замедление Гольфстрима

“Глобальное потепление может составить 4-6 градусов, это в среднем по Земле. А в Москве это может быть 8 градусов, а в Арктике даже 15 -20 градусов”, – уточнил Евгений Володин, ведущий научный сотрудник института вычислительной математики имени Г.И. Марчука. >>

Источник: Россия 1.

Модель глобальной атмосферы

“Это очень мультидисциплинарная область. Если сами атмосферные течения описываются уравнениями гидродинамики, но с некоторыми особенностями, то есть в принципе, первая задача – написать уравнение, они уже давно написаны. Дальше – придумать приближённый метод их численного решения на компьютере – это вычислительная математика, прикладная математика. Дальше нужны толковые программисты, чтобы реализовать этот приближённый метод на суперкомпьютере. А затем мы упираемся в то, что целый ряд процессов, который определяет погоду, мы не можем описать с помощью таких уравнений. … И чем дальше, тем больше людей разных специальностей становятся вовлечёнными в разработку современных моделей прогнозов” – рассказал ведущий научный сотрудник Института вычислительной математики РАН им. Г.И. Марчука и заведующий лабораторией Гидрометцентра России Михаил Андреевич Толстых >>

Источник: Научная Россия.