Атмосфералық диффузияның математикалық модельі

Газ қоспаларының өндірістік қалдықтары атмосферада кернеулік экологиялық жағдайды тудырады. Дүркіндіретін (апаттық) қалдықтар ерекше қауіп тудырады, атап айтқанда табиғи немесе техногендік сипаттағы төтенше жағдайдағы қалдықтар. Газ, бу және қатты заттар қоспасының таралуын атмосфералық жағдайда әрбір физика-химиялық ерекшеліктерін есепке ала отырып жасалған күрделі математикалық модельдер негізінде оқып білуге болады. Атмосфералық процестер температура және энергияны тасымалдаудың кеңістіктік-уақыттық әртүрлі масштабының суперпозициясы болып саналады. Осы дерек техногендік сипаттағы төтенше жағдай кезіндегі қатты әсер ететін улы заттардың (қоспалар) таралуымен байланысты мәселелерді шешу кезінде негізгі болып саналады. Физикадағы тапсырмаларда атмосфераны және оның математикалық модельденуі кезінде атмосфералық қозғалыстардың спектірінің енділігін есепке алады. Осы спектр атмосфералық ағындарын құрайтын заттардың молекулаларының (немесе топтардың) жылулық қозғалысының нақты аймақтағы ағындардың масштабына дейінгі ең кіші арақашықтығының масштабын қамтиды. Атмосфера ағындарының гидродинамикасының теңдеулерінде орташалауды жүргізу кезінде процестің математикалық модельденуі үшін таңдалған физикалық шамалардың тек орташа мәндері ғана қалады [5].

Қазіргі уақытта атмосфералық диффузияның математикалық модельдеуі екі негізгі теориялық базамен құрылады: турбулентті диффузия теориясының дифференциалдық теңдеуін шешу және қоспаларды гаустық тарату болып табылатын статистикалық теориямен шешіледі. Нақты мәселелерді шешу кезінде осы екі тәсілмен қолданылатын модельдер де болады [8].

Өз кезегінде, атмосфералық диффузияның модельдерін құрастыру кезінде қоспаны тастаудың көзінен арақашықтықтың үш негізгі түрі қолданылады [28-31]: а) бірнеше ондаған километр шегінде (жергілікті масштаб, басқаша айтқанда – «қалалық апат»); б) оннан жүз километрге дейін (өңірлік немесе мезомасштаб); мың километрден артық (ауқымды масштаб). Мезомасштабтағы турбуленттік теңдеуінің ерекшелігі болып мына жағдай табылады, яғни осы теңдеулерде масштабы орталанудың қабылданған кеңістіктік және уақыттық аралығынан кем болатын турбуленттіктің сипаттамалары сұрыпталады. Формальдық көзқарастан гидротермодинамика теңдеулерімен атмосфералық қозғалыстардың бүкіл спектрін сипаттауға болады. Алайда, әртүрлі масштабтардың қозғалысын сипаттайтын барабар математикалық модельді оның негізінде құру күрделі болып келеді. Басқа тараптан, қолайсыз болып сандық алгоритмдер және сәйкес келетін компьютерлік бағдарламалар табылады [9-11].

Осыған байланысты, жұмыста атмосфералық физика тапсырмаларына арналған сипаттық мысал келтірілген: 0,01-ден 50 тәулік аралығындағы уақыттық масштабтар және 0,1м-ден 4,10⁴км кеңістіктік масштаб диапазонында атмосфералық тасымалдаудың математикалық моделін сандық түрде іске асыру үшін шамамен 10²² болатын түйін саны бар торды құру керек болады. Осындай торда негіздік деректердің бір нұсқасын есептеу тіпті заманға сай компьютерлік жүйелердің жылдам әрекетін есепке ала отырып та қиын болып келеді. Егер үлкен санды мәліметтер үшін осындай модельдердің саналатынын есепке алатын болсақ, онда зерттелінетін атмосфералық құбылысты бағалау талдамасын жүргізуге арналған мәліметтер кешенін беретін жергілікті мәселелерді қою және шешудің өзектілігі жайлы қорытынды жасауға болады.

2. 
   
   
   
   жүктеу/скачать 1,37 Mb.
   
   Достарыңызбен бөлісу: