В монографии рассмотрены вопросы геоимитационного моделирования динамики термокарстовых процессов на территории многолетней мерзлоты в условиях глобального потепления. Разработана модель полей термокарстовых озер, основанная на экспериментально определенных существенных свойствах пространственно-временной структуры полей. Описан программный комплекс геоимитационного моделирования, созданный на основе разработанных алгоритмов моделирования, созданный на основе разработанных алгоритмов моделирования, учитывающих выявленную путем регрессионного анализа взаимосвязь термокарстовых и климатических изменений. Приведены результаты исследования адекватности модели с использованием экспериментальных данных о площадях термокарстовых озер. Даны примеры практического применения компьютерных экспериментов с моделью, в том числе для прогноза динамики полей термокарстовых озер в условиях современного глобального потепления. Данная монография может быть полезна геоэкологам, климатологам, географам, мерзлотоведам, изучающим последствия климатических изменений, специалистам, деятельность которых связана с моделированием природных объектов с пространственной структурой, а также студентам и аспирантам вузов.

Представлены результаты математического моделирования и прогнозирования динамики полей термокарстовых озер на территории многолетней мерзлоты Западной Сибири до конца нынешнего столетия. Описана геоимитационно-регрессионная модель динамики термокарстово-озерных полей, свойства которой определены на основе статистического распределения координат местоположения и площадей озер, полученных экспериментальным путем с использованием разновременных космических снимков Landsat за период 1973-2009 гг. В модели учтена взаимосвязь термокарстово-озерных и климатических изменений, установленная на основе многомерного регрессионного анализа экспериментальных данных. Прогнозирование динамики полей термокарстовых озер в зоне мерзлоты Западной Сибири осуществлено с помощью компьютерных экспериментов на модели с учетом известных прогнозов изменения среднегодовой температуры для исследуемой территории. Показано, что повышение температуры будет сопровождаться сокращением площади термокарстовых озер в зоне мерзлоты Западной Сибири.

Рассмотрены вопросы применения данных дистанционного зондирования в задачах мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов Западной Сибири в контексте климатических изменений. В качестве геокриологических индикаторов динамики состояния мерзлотных ландшафтов использованы термокарстовые озера. Сформированная коллекция разновременных космических снимков (1973 - 2005 гг.) территорий в сплошной и островной зонах многолетней мерзлоты позволила исследовать динамику изменений состояния многолетнемерзлых пород в условиях глобального потепления последних десятилетий. Установлено, что суммарная площадь озер в зоне слпошной вечной мерзлоты увеличивается, а в зоне прерывистой вечной мезлоты, наоборот, уменьшается.

Рассмотрена структура информационно-моделирующей системы, предназначенной для изучения климатических изменений и динамики геокриологических процессов на территории мерзлоты, включающая в качестве основных составляющих базу данных и подсистему имитационного моделирования полей термокарстовых озер. Предложенная геоимитационная модель основана на экспериментально установленных свойствах реальных полей термокарстовых озер в зоне многолетней мерзлоты Западной Сибири.

Изучены закономерности изменения численности термокарстовых озер криолитозоны Западной Сибири с использованием разновременных космических снимков. Исследования проведены на 33 тестовых участках, выбранных в разных ландшафтных зонах исследуемой территории, с использованием 134 безоблачных снимков Landsat, полученных в теплые месяцы в период 1973-2013 гг. Показано, что общее число образовавшихся озер значительно (почти в 20 раз) превышает число исчезнувших озер. Площади новых образовавшихся термокарстовых озер в среднем в 22 раза меньше, чем размеры исчезающих озер. Поэтому можно предполагать, что наблюдаемый в условиях глобального потепления климата бурный рост числа малых термокарстовых озер будет приводить к повышению уровня эмиссии метана в зонах мерзлоты на арктических территориях. Представлены результаты дистанционного исследования статистического распределения малых термокарстовых озер по их площадям. Исследования выполнены на восьми тестовых участках, выбранных в разных зонах мерзлоты Западной Сибири. Площади малых озер определялись по космическим снимкам сверхвысокого разрешения QuickBird. Показано, что гистограммы распределения озер по площадям допускают их аппроксимацию степенными и экспоненциальными функциями, что может быть использовано при моделировании и прогнозировании динамики термокарстовой эмиссии метана в зонах многолетней мерзлоты.

В монографии рассмотрен современный уровень состояния вычислительно-информационных технологий мониторинга и моделирования климатических изменений и их последствий для окружающей среды. Подробно описана вычислительно-геоинформационная веб-платформа для работы с геопривязанными климатическими данными. Представлен обзор современных и ожидаемых в будущем климатических изменений и их последствий. Показана сложившаяся ситуация в области вычислительно-информационного обеспечения мониторинга и моделирования климатических процессов. Детально проанализированы современные вычислительно-информационные технологии для работы с геопривязанными данными. Приведены первые результаты исследований климатических изменений и их последствий на территории Сибири, полученные с помощью системы "Климат". Книга рассчитана на специалистов в области метеорологии, климатологии, информатики и прикладной математики.

В книге излагаются базовые основы построения математических моделей при решении задач физики климатической системы, приводятся методы их конечномерной аппроксимации и возникающие при этом основные численные алгоритмы, обсуждаются суперкомпьютерные технологии численной реализации моделей. В качестве иллюстрации изложенных подходов рассматриваются: задача моделирования течения вязкой несжимаемой жидкости в областях сложной конфигурации, проблема вихреразрешающего воспроизведения динамики геофизических пограничных слоев, задача моделирования региональных особенностей атмосферной циркуляции, проблема воспроизведения современного климата и оценки его возможных в будущем изменений. Книга рассчитана на специалистов в области наук о климатической системе Земли.

В течение последних нескольких десятилетий наблюдается смещение к полюсу таких элементов общей циркуляции атмосферы, как ячейка Гадлея и штормтреки. На основе результатов численного моделирования динамики климата с использованием идеализированной модели климатической системы показано, что тенденция к смещению штормтреков Северного полушария в условиях потепления климата (по сценарию RCP-8.5) к полюсам будет продолжаться. Обсуждаются также другие особенности динамики общей циркуляции в условиях меняющегося климата, обнаруженные в ходе численного эксперимента.

Атлантическое долгопериодное колебание (АДК), связанное с изменением океанического переноса тепла в Северной Атлантике и Атлантическом секторе Арктики, оказывает значительное влияние на климат Северного полушария (СП). С 1970-х по начало 2000-х гг. наблюдался рост индекса АДК, совпадающий с трендом глобального потепления. Для оценки вклада АДК в сезонные изменения температуры в СП проанализированы численные эксперименты с совместной моделью общей циркуляции атмосферы ECHAM5 и термодинамической моделью верхнего перемешанного слоя океана с использгван6ием аномальных потоков океанической конвергенции тепла, связанных с АДК. При этом исследовался относительный вклад аномальных потоков тепла в Атлантике и в Арктике. Показано, что АДК может объяснять около 40% наблюденных температурных изменений в последние 30 лет в зимний и летний сезоны. Вертикальная структура температурных изменений, связанных с АДК, также имеет много общего с эмпирическими оценками, в частности воспроизводит арктическое усиление с максимальными трендами у поверхности в высоких широтах СП. АДК в модели приводит к увеличению вероятности формирования аномально холодных температурных режимов в феврале на территории России, несмотря на рост средней температуры для февраля. Также отмечено увеличение вероятности формирования аномально жарких июлей, в том числе на европейской территории России. Показано, что важный вклад в сезонные изменения вносят аномальные потоки тепла в Арктике, которые обычно не учитываются при моделировании эффекта долгопериодных колебаний в Северной Атлантике. Полученные результаты указывают на важную роль АДК в формировании погодно-климатических аномалий.

В работе по данным наблюдений за 1975-2005 гг. для Азиатской территории России (АТР) выполнен анализ полей температуры, давления и осадков. Рассчитаны как средние поля этих величин, так и поля их линейных трендов для указанного интервала времени. Установлено, что для 1975-2005 гг. потепление на территории имело место во все календарные месяцы года, за исключением декабря. Состоятельные оценки средних по территории трендов потепления установлены для марта, мая-августа и октября с величинами средних по территории трендов в интервале от 0,37 до 0,65С/10 лет. Для среднегодовых значений температуры изменение составило 0,34С/10 лет при среднеквадратичном отклонении 0,20С/10 лет. Поле давления характеризуется отрицательными трендами во все месяцы, кроме июля, августа, ноября и декабря, в которые изменение либо отсутствует (июль, август), либо является слабоположительным (ноябрь, декабрь). Для среднегодового давления найдена оценка - 0,22 гПа/10 лет при среднеквадратичном отклонении 0,17 гПа/10 лет.Для осадков установлена тенденция к их снижению, как в отдельные календарные месяцы, так и за год в целом, однако значения трендов нигде не превышают их среднеквадратичные отклонения.

Книга занимает особое положение в современной научной литературе. Она не является систематическим руководством по математическому моделированию, но призвана дать представление о том, как в наши дни делается математическая обработка реальных прикладных задач. Отдельные главы посвящены конкретным математическим моделям, относящимся к таким областям, как управление движением, истечение жидкости, сверление отверстий лазером, анализ напряжений, развитие популяций, планирование и т. д. Каждая глава заканчивается списком задач для самостоятельной работы.Широта охвата материала и разнообразие примеров делают книгу полезной для начинающих исследователей по прикладной математике и для научных работников различных специальностей.

В монографии приводятся принципы построения и численной реализации модели общей циркуляции океана, разработанной в Институте вычислительной математики (ИВМ) РАН. В настоящее время это единственная модель данного типа, способная адекватно воспроизводить циркуляцию Мирового океана при расчетах на большие времена. Проведено объединение моделей общей циркуляции атмосферы и океана в совместную климатическую модель. Выполнены исследования формирования циркуляции океана и его отклика на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия. Получен ряд важных выводов об особенностях формирования циркуляции океана и прогноза климатического состояния совместной системы атмосфера-океан. Разработанная модель океана может применяться для решения различных научных и практических задач, связанных с моделированием циркуляции Мирового океана и его отдельных акваторий. Монография будет полезна специалистам в области общей циркуляции океана и атмосферы, климатологии, а также студентам и аспирантам.

В книге представлены полученные на основе термомеханического подхода соотношения, определяющие поведение изотропных и анизотропных материалов при конечном деформировании. Предложены конткретные формы связей между процессами нагружения, деформирования и изменением температуры как в рамках частного постулата изотропии А.А.Ильюшина, так и су четом возможных отклонений от него. Даны вариационные постановки связанных краевых задач при внешних механических и тепловых воздействиях. Получены общие вариационные условия устойчивости и единственности процессов конечного равновесного деформирования. Для научных работников в области механики, студентов и аспирантов механико-тематических направлений подготовки.

Книга является пособием по курсу "Моделирование химико-технологических процессов". Она состоит из трех частей. Первая часть книги знакомит с основными понятиями и определениями, а также со способами моделирования. Вторая часть посвящена кинетике и макрокинетике процессов, рассмотрению влияния на нее тепловых и диффузионных факторов и гидродинамики потоков в аппаратах. В третьей части изложены принципы построения различных моделей и вопросы оптимизации процессов химической технологии. Книга предназначена для студентов химико-технологических вузов. Она может быть полезна инженерно-техническим работникам химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.

Очередной выпуск межвузовского сборника содержит статьи, посвященные разработке и развитию современных математических моделей и методов решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела, включая задачи исследования деформирования и разрушения материалов и конструкций при различных физико-механических воздействиях, в частности, нелинейные и нестационарные задачи оболочечных конструкций, задачи нестационарного взаимодействия сред и конструкций. В статьях отражены теоретические и экспериментальные исследования, математические модели, вопросы алгоритмизации и компьютерного моделирования физико-механических процессов, методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений.

Очередной выпуск межвузовского сборника содержит статьи, посвященные разработке и развитию современных математических моделей и методов решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела, включая задачи исследования деформирования и разрушения материалов и конструкций при различных физико-механических воздействиях, в частности, нелинейные и нестационарные задачи оболочечных конструкций, задачи нестационарного взаимодействия сред и конструкций. В статьях отражены теоретические и экспериментальные исследования, математические модели, вопросы алгоритмизации и компьютерного моделирования физико-механических процессов, методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений.

В монографии рассмотрены основные положения теории и методов информационных технологий для систем с распределенными параметрами. Приведены математические модели процессов разделения многокомпонентных смесей, горения, тепломассопередачи и течений пузырьковых газожидкостных смесей в технологических установках. Сформулированы и решены краевые задачи анализа стационарных и динамических режимов ректификационных колонн и трубчатых печей. Изложены теоретические и практические основы кавитационных технологий двухфазных потоков с целью интенсификации различных технологических процессов за счет турбулентного перемешивания и активации жидкости. Рассматриваются модели двухфазных суперкавитационных течений в технологических аппаратах. Показаны приложения и перспективные возможности использования гидротермодинамических характеристик суперкавитационных аппаратов различного типа и других задач механики многофазных сред. Книга будет полезна для научных и инженерно-технических работников, проектирующих и исследующих информационные системы с распределенными параметрами, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

В предлагаемом тематическом сборнике представлены статьи, посвященные различным аспектам мониторинга, моделирования и прогноза параметров природной среды в Арктике. В сборник вошли результаты исследований, выполненных в лаборатории гидрометеорологии Арктики Гидрометцентра России в 2014-2016 гг. в рамках проекта гранта РНФ 14-37-00053. Обсуждаются современные проблемы долгосрочного прогнозирования и подходы к их решению на основе физико-статистических и гидродинамических (численных) методов. Особое внимание уделено описанию современных математических моделей процессов и явлений применительно к Арктическому региону. В отдельных статьях рассмотрены разработка новых расчетных и программных алгоритмов, опыт применения совместных моделей с высоким пространственным разрешением, результаты валидации моделей натурными данными.Сборник представляет интерес для специалистов в области прогнозирования и мониторинга окружающей среды в полярных регионах.

Книга отражает современный уровень развития численных методов и алгоритмов, ориентированных на применение современной вычислительной техники и позволяющих проводить количественный анализ математических моделей широкого класса реальных природных, социальных и технических объектов. Изложены методы решения задач линейной алгебры, систем нелинейных алгебраических уравнений, интерполяция функций, методы численного интегрирования и дифференцирования, численные методы решения задачи Коши и краевых задач для систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Приведены основы общей теории разностных схем и ее применение к построению и анализу методов численного решения эллиптических, параболических и гиперболических уравнений, а также численные методы решения интегральных уравнений. Представлены методы генерации сеток для многомерных задач математической физики, многосеточные методы решения, численные методы для решения уравнения переноса и уравнений газовой динамики, алгоритмические основы метода конечных элементов. Для студентов старших курсов технических университетов, аспирантов и инженеров. Может быть полезна преподавателям и научным работникам.

Рассмотрены возможности углепетрографических, физико-химических и других методов диагностики степени преобразованности органического вещества (ОВ). Изложены теоретические и прикладные аспекты катагенеза. Обобщен огромный фактический материал по уровню зрелости ОВ палеозойских, триасовых и юрских комплексов Западно-Сибирского мегабассейна. С применением математического моделирования и компьютерных технологий созданы новые версии схем катагенеза ОВ для разныхгоризонтов юры. Впервые для всей территории региона построены схемы катагенеза органического вещества в кровле триасовыхи палеозойских отложений. На основе глубинной заональности катагенеза уточнены интервалы главных зон нефте- и газообразования в мезозойских и палеозойских толщах. Установленные закономерные связи катагенза ОВ и синтгентичной нефтегазоносности являются существенным вкладом в теорию геохимических методов прогноза нефтегазоностности крупных территорий. Монография представляет интерес для специалистов научныхи производственных организаций, занимающихся прогнозом нефтегазоностности и поисками залежей углеводородв, а также для аспирантов и студентов.

Цель работы, представленной в настоящей монографии, - создание математических моделей для хроматографических методов анализа, которые позволяли бы проводить расчеты, детально отражающие или предвосхищающие натурные эксперименты. Такое математическое моделирование должно опираться на надежные теоретические подходы, оперирующие объективными характеристиками и параметрами, взятыми из фундаментальной теории, так и на хорошее знание практики рассматриваемых видов хроматографии. Поэтому наряду с изложением теоретических подходов и моделей в книге приводятся необходимые сведения о принципах, техническом устройстве и особенностях методов аналитической хроматографии. В монографии развиваются теоретические подходы к описанию хроматографических процессов, механизм селективности которых обусловлен вандерваальсовыми взаимодействиями. Рассмотрены общие вопросы теории высокоэффективной хроматографии и ее детально проработанные приложения для методов газовой и жидкостной хроматографии. Новизна материала во многом обусловлена применением теории обобщенных зарядов, а также некоторыми новыми подходами в области феноменологии процессов адсорбции и конкурентной сорбции. Вопросы, затронутые в работе, относятся к ключевым областям физической и аналитической химии. Книга предназначена для научных работников, занимающихся сорбционными процессами, адсорбцией, хроматографией, методами математического моделирования в химии. Методики расчетов могут быть полезны для научных и аналитических лабораторий, работающих в области экомониторинга, в фармацевтической, пищевой, нефтяной и газовой промышленност. Книга представляет интерес для студентов, аспирантов, сотрудников и преподавателей химических кафедр и лабораторий университетов.

В сборнике публикуются основные результаты междисциплинарных исследований по современному состоянию и процессам развития физической, химической и биологической компонент в природно-климатической системе Большого Васюганского болота, а также обсуждаются гуманитарные и технологические проблемы этого природного образования.Значительное место в сборнике уделено методологическим проблемам комплексных исследований, направленных на выявление региональных особенностей и роли антропогенных факторов при наблюдаемых изменениях окружающей среды и климатаДля широкого круга специалистов в областях наук о Земле и экологии.

В монографии исследуется проблема №1 XXI столетия (по определению генерального секретаря ООН). Представленная книга пытается оценить происходящее сегодня резкое изменение климата с особым акцентом на события и исследования 2006-2009 г., не охваченные Межправительственной группой экспертов ООН по изменению климата. Дается анализ движущих сил глобального потепления, климатического моделирования и оппонирующим (антропогенном происхождению потепления) взглядам. Основное содержание - оценка последствий идущего изменения климата (при разных уровнях глобального потепления) на мировом, региональном и функциональном уровнях, и попытка ответить на вопросы «Что делать?» (оценка возможного противодействия глобальному потеплению) и «Что делается?» (оценка предпринимаемых усилий). Основной вывод - необходимость следования рекомендации «принципа предосторожности», принятого в Рио-де-Жанейро в 1992: "В случае существования опасности серьезного или непоправимого ущерба недостаток полной научной информации не может служить причиной для отсрочки эффективных мер по предотвращению разрушения окружающей среды".

В книге рассмотрены основные особенности климата Московской агломерации: пространственная структура аномалий и изменения во времени. Проанализированы поля температуры, влажности, осадков, радиационные характеристики, состояние загрязнения воздушной среды. В результате современных возможностей мониторинга (с использованием автоматических станций, спутниковых систем), суперкомпьютерного моделирования атмосферы, прогресса в работе с географической информацией полученных качественно новые результаты. Показано, что на фоне общего потепления в Московской агломерации рост температуры происходит быстрее и эффективнее проявляется в сопутствующих явлениях, чем на окружающих территориях. Это можно трактовать как урбанистическое усиление глобальных (региональных) изменений климата. Аномалии городского метеорологического режима приводит к снижению комфортности условий проживания. Рост дискомфорта превышает темп потепления.

Рассмотрены основные подходы к компьютерному моделированию химико-технологических процессов (ХТП). Особое внимание уделяется изучению методологии расчетов и построения математических моделей типовых процессов химической технологии, их идентификации с использованием экспериментальных данных и решению задач оптимизации. Это позволяет рассматривать данное учебное пособие как руководство по созданию компьютерных моделей ХТП и их использованию для исследования, модернизации, диверсификации, оптимизации и управления процессами химической технологии специалистами, применяющими пакеты моделирующих программ ASPEN, HYSYS, PRO-II и ChemCad. Книга предназначена для обучения студентов химико-технологических вузов, а также для повышения квалификации инженеров-химиков и химиков-технологов для решения задач расчетно-технологического проектирования и управления химическими производствами, может быть полезной для специалистов в области нефтехимической, газоперерабатывающей промышленности, в производствах органической и неорганической химии, использующих современные автоматизированные системы проектирования (САПР) и системы научных исследований (АСНИ), и для инженеров химических предприятий, решающих задачи автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП), основу которых составляют статические и динамические компьютерные модели производственных процессов.