Численное моделирование и параметризация турбулентных процессов в геофизических пограничных слоях.

Целью проекта является изучение и параметризация многомасштабных физических процессов в пограничных слоях атмосферы, океана и внутренних водоемов, которые значимым образом влияют на механизмы турбулентного обмена, но не в полной мере учитываются в турбулентных замыканиях, используемых в современных моделях прогноза погоды и климата. Задачами проекта являются: 1) выявление и исследование механизмов поддержания турбулентности при сильно устойчивой стратификации; 2) исследование механизмов возникновения и поддержания организованных крупномасштабных структур в стратифицированных турбулентных течениях; определение вклада этих структур в процессы переноса импульса и скаляров; 3) исследование геофизических турбулентных течений в условиях сильной нестационарности внешнего воздействия (суточный ход, резкие изменения фоновых метеорологических полей); 4) численное моделирование и исследование пространственно-неоднородных турбулентных течений в атмосферном пограничном слое при существенном воздействии рельефа поверхности, в верхнем перемешанном слое и термоклине небольших внутренних водоемов; 5) разработка и уточнение параметризаций для RANS-моделей различного уровня сложности. Использование разработанной авторами ранее вычислительной технологии, объединяющей три подхода к моделированию турбулентности (DNS - Direct Numerical Simulation, LES -Large Eddy Simulation, RANS - Reynolds Averaged Navier-Stokes), позволяет в рамках одного проекта рассматривать задачи в широком диапазоне пространственно-временных масштабов и проводить полный цикл работ от выявления и детального исследования физических механизмов с помощью анализа данных DNS- и LES-расчетов до их параметризации и проверки предложенных замыканий с помощью RANS-моделей. В результате выполнения проекта будут объяснены особенности динамики геофизических пограничных слоев в условиях сильной временной изменчивости, пространственной неоднородности и экстремальной устойчивости, а также будут протестированы и уточнены соответствующие турбулентные замыкания, предназначенные для крупномасштабных численных моделей прогноза погоды и климата.