В книге рассматривается современное состояние применения суперкомпьютеров в задачах прогноза погоды и исследованиях климата Земли. Представлены параллельные реализации и тенденции развития моделей атмосферы, океана и совместных моделей. Особое внимание уделяется опыту разработки и реализации глобальных моделей атмосферы, океана и Земной системы в Институте вычислительной математики РАН. Приводится обзор применяемых методов усвоения данных метеонаблюдений , обосновывается выбор наиболее подходящих для реализации на массивно-параллельной архитектуре алгоритмов.

Рассмотрены алгоритмы автоматической идентификации вихревых структур, возникающих в деформируемом твердом теле. Исходные векторные поля смешений, характеризующие формоизменение твердого тела, регистрируются методом корреляции цифровых изображений. В качестве критериев идентификации вихрей предложено использовать циркуляцию и функционал, связанный с ортогональностью вектора и его радиус-вектора. Рассмотрено их применение на примере модельных векторных полей с вихрями ротационного и безротационного типов. Работа алгоритмов показана на примере поля смещений, характеризующего течение материала сварного соединения стали 10Г2С. Продемонстрирована роль конечных размеров скользящего окна. Предложены дополнительные критерии, помогающие выделить вихревые структуры.

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.

Излагаются результаты статистического анализа современных изменений климата пограничного слоя атмосферы над территорией Сибирского региона, проведенного на основе данных о температуре и влажности воздуха. Рассмотрены особенности тридцатилетних (с 1981 по 2010 г.) изменений фоновых (среднегодовых и среднесезонных) характеристик и параметров изменчивости температуры и влажности воздуха в зависимости от географического положения района наблюдения. Выявлены территории и сезоны с ослаблением темпов потепления (или даже с похолоданием) климата пограничного слоя атмосферы в условиях современного глобального потепления. Предложен новый метод сверхдолгосрочного прогноза, базирующийся на использовании аппарата калмановской фильтрации и двумерной динамико-стохастической модели и обеспечивающий надежное предсказание среднесезонной температуры и влажности воздуха с годовой заблаговременностью. Монография рассчитана на широкий круг специалистов, работающих в области атмосферной оптики, климатологии, физики атмосферы.

В сборнике представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по актуальным проблемам изменения климата и прогноза погоды, атмосферной диффузии и мониторинга состояния атмосферы, климатологии, дистанционного зондирования атмосферы. Сборник рассчитан на широкий круг научных работников и инженеров, интересующихся результатами современных исследований в области метеорологии и их практическим исследованиям. Рекомендуем аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

Содержатся результаты теоретических и экспериментальных исследований по современным проблемам изменения климата и прогноза погоды, атмосферной диффузии и мониторинга состояния атмосферы, климатологии, дистанционного зондирования атмосферы. Сборник рассчитан на широкий круг научных работников и инженеров, интересующихся результатами современных исследований в области метеорологии и их практическим использованием. Рекомендуется аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.

The paper considers algorithms of automatic identification of vortex structures arising in a deformed solid. The initial vector fields characterizing the deformation of a solid are obtained by the digital image correlation method. Circulation and a functional related to vector and radius vector orthogonality are proposed for use as vortex identification criteria. The application of these criteria is considered on the example of model vector fields with rotational and irrotational vortices. The operation of the algorithms is exemplified by displacement fields for material flow in a silicon-manganese steel weld. The role of finite sizes of a sliding window is demonstrated. Additional criteria to assist vortex structure identification are proposed.

Анализируются эмпирические данные, касающиеся роли таких региональных климаторегулирующих факторов в Западной Сибири, как орографический и арктический, факторы Сибирского максимума (антициклона) и болотных систем. Влияние орографического фактора, обусловленного наличием Уральских гор с запада и Среднесибирского плоскогорья с востока. а также прилегающими реками Обь и Енисей с их поймами, приводит к воздействию на воздушные потоки в нижней тропосфере, вследствие чего в зимние месяцы широтная зональность изотерм приближается к меридиональной. Влияние арктического фактора в Западной Сибири связано преимущественно с Карским морем, ледовое покрытие которого обусловлено режимом атмосферной циркуляции и океанических течений в Северном ледовитом океане. Влияние Сибирского максимума с центром в Горном Алтае, включая Монгольский Алтай, вызвано блокированием зонального переноса в Западной Сибири и даже за ее пределами. В частности, не исключается, что наблюдаемые в последние годы в Карском море тренды к потеплению связаны не только с изменениями океанической циркуляции, но и с влиянием Сибирского максимума, изменяющего меридиональный температурный градиент и режим атмосферной циркуляции в нижней тропосфере. Роль болотных систем зависит от особенностей изменения температурного режима на их территории за счет теплофизических свойств торфяных залежей и гидрологического режима, что определяет уменьшение амплитуды колебаний среднемесячных температур на 7% по сравнению с таковой для прилегающих территорий. Особая роль фактора болотных систем состоит также в регулировании углеродного баланса вследствие стока и эмиссии таких парниковых газов, как углекислый газ и метан. Результаты анализа позволяют обосновать необходимость учета этих факторов при мониторинге и моделировании глобальных и региональных климатических или экосистемных изменений.

Дан анализ вулканогенных возмущений стратосферы в период с 1979 по 2008 г. и их влияния на долговременные изменения озоносферы. Показано, что главным регулятором поведения озоносферы в этот период являлось вулканогенное аэрозольное возмущение стратосферы.

По данным реанализа было проведено исследование пространственно-временных изменений мериодиональных ячеек циркуляции для сибирского сектора Северного полушария для двух временных интервалов: периода интенсивного глобального потепления 1976-1998 гг. и периода замедления темпов потепления 1999-2014 гг. Выявлено, что наиболее существенных изменения наблюдаются в зимний сезон в начале XXI в.: произошло почти полное исчезновение полярной ячейки и увеличение интенсивности ячее Хэдли и Феррела. Получены и проанализированы тенденции изменений адвективных и вихревых меридиональных потоков тепла. а также их связь с функцией тока. Установлено, что в период ослабления процесса глобального потепления во все месяцы наблюдается увеличение интенсивности и количества центров вихревой циркуляции, что приводит к развитию мериодиональной циркуляции, усилению процессов блокирования и, как следствие. к уменьшению меридионального притока тепла в сибирском секторе в начале XXI в.

Представлена динамика гидротермических коэффициентов, характеризующих агроклиматические ресурсы на территории Сибири, в пределах координат 50-65 град с.ш., 60-120 град в.д. в период современных климатических изменений. Проанализированы интенсивность, повторяемость, продолжительность неблагоприятных для сельского хозяйства метеорологических явлений (атмосферных засух и условий переувлажнения). В качестве индикатора использованы индекс засушливости Педя ( S) и стандартизированный индекс осадков и испарения ( SPEI ), рассчитанные по данным 134 метеостанций и реанализа ERA5. В Восточной Сибири и на западе рассматриваемой территории наблюдается увеличение засушливости ( тренд 0,2 - 0,5 ед. за 10 лет). Северные районы Казахстана, Саяны и Западно-Сибирская низменность в 1950 - 2020 гг. характеризуются относительной стабильностью гидротермических условий ( статистически значимые изменения не выявлены ). Прямая линейная зависимость гидротермических условий от крупномасштабных циркуляционных процессов в большинстве случаев не обнаружена. Наибольшее число статистически значимых коэффициентов корреляции получено для индекса засушливости S и индекса скандинавского колебания SCAND.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований в области техники и технологии промывки и крепления скважин, разработки новых полимерных реагентов, промывочных жидкостей и тампонажных материалов, а также результаты внедрения новых разработок.