Моделирование комплексных процессов обмена в пограничных слоях атмосферы и океана

Основная задача проекта связана с математическим моделированием и параметризацией процессов турбулентного обмена, происходящих в приповерхностном слое океана и атмосферном пограничном слое. При этом особое внимание уделяется учету комплексной реологии, присущей пограничным слоям атмосферы и океана, обусловленной присутствием капель брызг морского аэрозоля в воздухе и воздушных пузырьков в воде, и корректной параметризации их вклада в процессы обмена. Для решения поставленных задач будут разработаны алгоритмы вихреразрешающего численного моделирования турбулентных двухфазных сред с учетом взаимодействия фаз. В настоящее время признается значимость вклада капель брызг и воздушных пузырьков в обмен импульсом, теплом и массой между атмосферой и океаном. Однако отсутствуют детальное понимание физических механизмов взаимодействия воздушной и водной фаз в пограничных слоях и их корректная параметризация и оценки вклада капель и пузырьков в потоки импульса, тепла, и массы. Натурные измерения весьма затруднительны технически и дают оценки, различающиеся на несколько порядков величин, в то время как лабораторные измерения (хотя и более точные и контролируемые) ограничены малым разгоном поверхностных волн. Эксперименты в рамках прямого численного моделирования не позволяют достичь достаточно больших значений скоростей ветра и длин волн, характерных для натурных условий. При этом алгоритмы вихреразрешающего моделирования погранслоев атмосферы и океана с учетом взаимодействия фаз развиты недостаточно. Таким образом, актуальность цели проекта обусловлена, с одной стороны, необходимостью развития методов численного моделирования процессов турбулентного переноса и волнового перемешивания, происходящих в пограничных слоях атмосферы и океана с учетом комплексной реологии, а также корректной параметризации вклада этих процессов в обмен импульсом, теплом и массой между атмосферой и океаном в крупномасштабных климатических моделях.