Влияние пространственно-временных неоднородностей внутри конвективной системы и на ее границах на формирование опасных метеорологических явлений и степень комфортности окружающей среды

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-61-00098

НазваниеВлияние пространственно-временных неоднородностей внутри конвективной системы и на ее границах на формирование опасных метеорологических явлений и степень комфортности окружающей среды

Руководитель Фрик Петр Готлобович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук , Пермский край

Конкурс №75 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований по поручениям (указаниям) Президента Российской Федерации» (междисциплинарные проекты)

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-309 - Турбулентность и гидродинамическая устойчивость

Ключевые слова турбулентность, конвекция, тепломассообмен, атмосферная циркуляция, метеорологические явления, городская среда, численное моделирование

Код ГРНТИ30.17.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Турбулентная конвекция в замкнутых и открытых системах – сложное многомасштабное явление, актуальность изучения которого традиционно обосновывается тем, что именно она определяет динамику множества природных систем, включая недра звезд и планет, океаны и атмосферу. Конвективные системы являются базовым объектом исследования специалистов по нелинейным системам, путям зарождения и развития хаоса, взаимодействия крупномасштабной циркуляции с мелкомасштабной турбулентностью и имеют многочисленные практические приложения как в гео- и астрофизике, так и в технологической теплофизике и гидродинамике. Новым направлением исследований турбулентной конвекции является турбулентный тепломассообмен в системах с неоднородными в пространстве и во времени граничными условиями, а также в системах с дополнительными внутренними степенями свободы (например, свободно плавающими объектами, влияющими на тепломассоперенос). Именно на решение таких задач в контексте климатологических и метеорологических приложений направлен данный проект, в рамках которого специалисты по турбулентному теплообмену, по численной и экспериментальной гидродинамике, совместно с метеорологами рассмотрят ряд задач, имеющих прямой выход на проблемы формирования опасных и неблагоприятных метеорологических условий на масштабах от крупного индустриального центра до обширных циклонов и антициклонов умеренных и полярных широт. Будет выполнено комплексное лабораторное и математическое моделирование атмосферных течений в упрощенной постановке с привлечением большого объема данных наблюдений и реанализов, а также результатов расчетов с помощью глобальных и мезомасштабных численных моделей атмосферы. Конкретно будут рассмотрены три блока задач. Первый блок направлен на исследование блокирующих явлений в умеренных широтах, которые могут быть причиной опасных метеорологических явлений, связанных с волнами тепла или холода. В рамках проекта предлагается использовать лабораторную модель, а именно тонкий вращающийся слой жидкости с разнесенными по высоте источниками тепла и холода. Пространственное и временное варьирование граничных условий позволит выявить характерные особенности крупномасштабной циркуляции и изучить статистику экстремальных событий, так называемых блокингов, и струйных течений. Это поможет понять природу роста количества экстремальных погодных явлений в последние десятилетия. Второй блок задач направлен на исследование влияния крупных плавающих теплоизолирующих объектов на формирование конвективных течений и распределение теплопотоков. Такими объектами в различных природных системах являются крупные массивы льда, тектонические плиты, облачные кластеры. Известно, что облачные кластеры, препятствуя радиационным и конвективным потокам, заметно изменяют распределение температуры вблизи подстилающей поверхности и тем самым могут оказывать существенное влияние на структуру приземных конвективных течений. Выявление связей между формированием интенсивных ветров и наличием облачных кластеров важно для лучшего понимания механизмов образования опасных метеорологических явлений. В качестве идеализированной модели данных процессов предлагается рассмотреть свободноплавающее теплоизолирующее тело на фоне интенсивной конвекции. Третий блок задач направлен на изучение формирования конвективных течений в области городской агломерации, в том числе городского острова тепла, и их влияния на условия комфортности жизни. Большую сложность при решении данной проблемы представляет разнообразная морфология городской застройки и природных ландшафтов. Решение задач данного блока требует комплексного подхода, включающего в себя совершенствование существующей микромасштабной математической модели городской атмосферы, лабораторное моделирование конвективных течений для различных морфотипов, в том числе и при наличии внешней вентиляции, анализ метеоданных и результатов численных расчетов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Евграфова А. В., Сухановский А. Н. Влияние ветра на теплообмен в условиях городской среды Пермские гидродинамические научные чтения: сборник статей по материалам VIII Всероссийской конференции, посвященной памяти профессоров Г. З. Гершуни, Е. М. Жуховицкого и Д. В. Любимова, г. Пермь, 5-7 октября 2022 г., с. 185-188. (год публикации - 2022)

2. Степанов Р.А. Спектральный перенос энергии и энстрофии в атмосфере по данным реанализа NCEP-CFSR Сборник тезисов Всероссийской конференции "Турбулентность, динамика атмосферы и климата" 22–24 ноября 2022 г. Москва, с. 197 (год публикации - 2022)

3. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Дектерев А.А., Литвинцев К.Ю. Моделирование вынужденного движения пластины в замкнутом объеме в развитом конвективном слое Пермские гидродинамические научные чтения: сборник статей по материалам VIII Всероссийской конференции, посвященной памяти профессоров Г. З. Гершуни, Е. М. Жуховицкого и Д. В. Любимова, г. Пермь, 5-7 октября 2022, с. 462-468. (год публикации - 2022)

4. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Дектерев А.А., Литвинцев К.Ю. Математическое моделирование взаимодействия свободно-конвективного течения и подвижного тела Вычислительная механика сплошных сред (год публикации - 2023)
10.7242/1999-6691/2023.16.1.7

Публикации

1. Литвинцев К.Ю., Дектерев А.А., Мешкова В.Д., Филимонов С.А. Влияние излучения на формирование ветрового и температурного режима в городской среде Теплофизика и аэромеханика, Т.30, № 4. С.723-735. (год публикации - 2023)
10.1134/S086986432304008X

2. Быков А.В., Ветров А.Л., Фрик П.Г., Сухановский А.Н., Калинин Н.А., Степанов Р.А. Численное моделирование предельных состояний планетарной атмосферы Географический вестник, 2023. № 4 (67). С .85–98. (год публикации - 2023)
10.17072/2079-7877-2023-4-85-98

3. Фрик П., Филимонов С., Гаврилов А., Попова Е., Сухановский А., Васильев А. Rayleigh-Benard convection with immersed floating body Journal of Fluid Mechanics (год публикации - 2023)

4. Мешкова В., Дектерев А., Литвинцев К., Филимонов С. Current approaches to studying the level of pedestrian comfort in urban development E3S Web of Conferences, V. 435, 05004 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202343505004

5. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Фрик П.Г., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю. Моделирование движения погруженной пластины в развитом свободно-конвективном слое Известия вузов. Физика., Т.66. №.11. С.151-156. (год публикации - 2023)
10.17223/00213411/66/11/17

6. Дектерев Д. А., Лобасов А.С., Мешкова В.Д., Литвинцев К.Ю., Дектерев Ар.А., Дектерев А.А. Анализ влияния масштабного фактора на результаты моделирования обтекания зданий Теплофизика и аэромеханика, Т.30, № 6. C 1197-1204 (год публикации - 2023)

7. Васильев А. Ю. , Попова Е.Н., Фрик П.Г., Сухановский А.Н. Drift of a Free-floating Body in a Convective Layer Heated by Radiation Journal of Siberian Federal University. Mathematics and Physics., Vol. 16, No. 5. – P. 562-571. (год публикации - 2023)

8. Калинин Н.А., Ветров А.Л. Индексы комфортности климата в Перми и Красноярске за период 1991–2020 гг. Геосферные исследования (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Все задачи проекта разбиты на три блока. Первый направлен на исследование блокирующих явлений в умеренных широтах, связанных с волнами тепла или холода. Второй - на исследование влияния крупных плавающих объектов на формирование конвективных течений и распределение теплопотоков, с приложением к таким природным объектам, как массивы льда, тектонические плиты, облачные кластеры. Третий блок направлен на изучение формирования вынужденных и свободноконвективных течений в области городской агломерации и их влияния на условия комфортности жизни. Блок 1. "Циркуляция и блокирование в умеренных широтах": По результатам лабораторного и численного моделирования предложен и обоснован один из возможных физических механизмов усиления потепления в Арктике, основанный на изменениях радиальных (меридиональных) потоков тепла. Ослабление и смещение вверх лабораторного аналога полярной ячейки приводит к значительному уменьшению отрицательного теплового потока вблизи дна, что и вызывает повышение температуры в придонном слое. Наблюдаемые для лабораторного аналога тренды в изменении температуры качественно согласуются с данными натурных наблюдений (реанализа) и ансамблевых расчетов при помощи климатических моделей для арктического региона. На основе пакета WRF-ARW реализованы численные эксперименты по динамике общей циркуляции и бароклинных волн в атмосфере идеализированной планеты земного типа. Модель, с одной стороны, точно воспроизводит реальные характеристики Земли, а с другой - предельно упрощает конфигурацию континентов и океанов, полностью игнорируя топологию планеты. Показано, что относительно небольшой экваториальный океан на фоне плоской пустынной планеты достаточен для воспроизведения общей циркуляции атмосферы и динамики среднеширотных вихревых структур планетарного и синоптического масштабов, реалистичных для Земли. В части анализа пространственно-временной структуры вариаций климата проведено исследование согласованности климатических изменений в разных временных масштабах по обе стороны от Атлантики. Было установлено, что коротких масштабах (5-10 лет) колебания температуры в двух регионах относительно согласованы, но вариации на масштабах 40-50 лет идут со значительным сдвигом по фазе. Показано, что, несмотря на признанное отсутствие прямой корреляции между температурой и солнечной активностью, временная зависимость вейвлет-коэффициента кросс-корреляции двух температурных рядов на временном масштабе 11 лет воспроизводит долгосрочные вариации основного солнечного цикла, указывая на существование неявных связей вариаций планетарного масштаба с солнечной активностью. Блок 2. "Динамика конвективных течений при наличии свободноплавающих включений" По результатам численного моделирования динамики погруженного тела в конвективном слое Релея-Бенара проведен анализ динамики плавающего тела и статистических характеристик турбулентных полей скорости и температуры, полученных в рамках двухмерной и полной трехмерной численных моделей. В частности, показано, что тепловой поток в 3D случае выше, а разница в значениях числа Нуссельта для 2D и 3D моделирования увеличивается с ростом числа Рэлея. 3D-моделирование выявило асимметрию потока, связанную с крупномасштабной циркуляцией жидкости. Асимметрия более выражена в случае прямоугольной пластины, хотя асимметрия в гистограмме скоростей пластины наблюдается и для круглой пластины. Этот результат интересен тем, что в экспериментах наблюдали режимы с асимметричными движениями плавающего тела, которые объясняли наличием остаточного крупномасштабного вихря. В этом случае асимметрия хорошо выражена, поскольку плавающее тело колеблется у одной стенки, практически не достигая противоположной стенки. На отчетном этапе исследования обнаружен качественно иной режим, в котором асимметрия возникает в режиме «конвективного маятника». Асимметрия относительно слаба и проявляется только при детальном анализе динамики плавающего тела. Получены количественные зависимости интегральных параметров, характеризующих интенсивность конвективного течения жидкости в слое (число Рейнольдса), интегральный тепловой поток (число Нуссельта) и интенсивность перемещений плавающего в слое тела (средний период полного цикла) от степени радиационного нагрева (плотности падающего радиационного потока, который определяет устанавливающееся число Релея. Для пластины, частично пропускающей и частично отражающей падающее излучение, получены зависимости характеристик конвективного течения и движений пластины от коэффициента пропускания (отношение пропущенного светового потока к падающему). Блок 3. "Конвективный тепломассоперенос в крупных городах и агломерациях" В результате проведенных экспериментальных работ по исследованию обтекания набегающим потоком набора макетов морфотипов городской застройки получены разносторонние данные для настройки и апробации численных подходов. Установлено удовлетворительное согласование результатов расчетов и данных экспериментов. Результаты численного моделирования продемонстрировали, что разработанная методика и реализованный инструментарий визуального отображения в программе «SigmaEco» позволяют получить количественные данные по биоклиматическим критериям и отрисовать соответствующие полученным значениям зоны пешеходной комфортности. Результаты численных моделирования ветрового режима на территории кампуса Пермского университета подтвердили, что реализуемые численные алгоритмы адекватно воспроизводят результаты прямых измерений ветрового потока. Показано, что геометрическая детализация объекта исследования необходима для качественного прогнозирования условий локального аэрационного режима территории. Показано, что по эффективно-эквивалентной температуре климат в Перми и городах-миллионниках Сибири более суровый, чем по эффективной температуре, особенно в холодный период года. Это объясняется тем, что при температуре ниже +7°С любой ветер является охлаждающим фактором. По данным метеорологических станций установлены особенности городского острова тепла в Красноярске. В условиях жаркой погоды городской остров тепла ночью выражен ярче, чем днем. Наряду с городским островом тепла, в Красноярске во время жаркой погоды прослеживается формирование острова сухости, когда относительная влажность уменьшается по сравнению с загородными территориями на 20 %. Дальнейшие усилия по улучшению точности прогноза температуры в городской застройке могут быть направлены на подбор оптимальной параметризации пограничного слоя в стандартных настройках модели WRF-ARW. Путь решения задачи для ограниченной территории исследования лежит в области интеграции региональной модели WRF-ARWс микромасштабной моделью с шагом менее 10 м, в которой процесс обтекания отдельных зданий реализуется явно.

Публикации

1. Быков А.В., Ветров А.Л., Калинин Н.А. Прогноз сильной жары в Красноярске с использованием региональной модели WRF-ARW Гидрометеорологические исследования и прогнозы, №2 (392). С.65-85. (год публикации - 2024)
10.37162/2618-9631-2024-2-65-85

2. Калинин Н.А., Ветров А.Л. Особенности изменений индексов комфортности климата в Перми и городах-миллионниках Сибири в холодный и теплый периоды года Географический вестник, №3 (70). С.83-94. (год публикации - 2024)
10.17072/2079-7877-2024-3-83-94

3. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Литвинцев К.Ю., Васильев А.Ю., Сухановский А.Н., Фрик П.Г. Numerical modeling of immersed plate motion in a convective layer under radiation heating EURASIAN JOURNAL OF MATHEMATICAL AND COMPUTER APPLICATIONS (год публикации - 2025)

4. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Фрик П.Г., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю. 2D and 3D numerical simulations of a convective flow with a free-floating immersed body Heat Transfer Research (год публикации - 2025)

5. Мешкова В.Д., Филимонов С.А., Дектерев А.А., Ветров А.Л., Шульженко П.Д. Numerical prediction of bioclimatic comfort level of urban development in street spaces E3S Web of Conferences, V. 592, 02012. (год публикации - 2024)
10.1051/e3sconf/202343505004

6. Сухановский А.Н., Гаврилов А.А., Попова Е.Н., Васильев А.Ю. The study of the impact of polar warming on global atmospheric circulation and mid-latitude baroclinic waves using a laboratory analog Weather and Climate Dynamics, Vol.5(2), P.863-880 (год публикации - 2024)
10.5194/wcd-5-863-2024

7. Степанов Р.А., Соколов Д.Д., Фрик П.Г. Consistency of climatic changes at different time scales in Central England and Greenland Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, V.264. 106343. (год публикации - 2024)
10.1016/j.jastp.2024.106343

8. Литвинцев К.Ю., Мешкова В.Д. The influence of solar and thermal radiation on the wind regime formation in urban block EURASIAN JOURNAL OF MATHEMATICAL AND COMPUTER APPLICATIONS (год публикации - 2025)

9. Сухановский А.Н., Васильев А.Ю., Гаврилов А.А., Евграфова А.В., Попова Е.Н. Конвективный теплоперенос в крупномасштабных природных системах Инженерно-физический журнал, Т.98. №1. (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Форма 1.5 «Описание выполненных в отчетном периоде работ и полученных научных результатов для публикации на сайте РНФ» Задачи проекта разбиты на три блока. Первый направлен на исследование блокирующих явлений в умеренных широтах, связанных с волнами тепла или холода. Второй - на исследование влияния крупных плавающих объектов на формирование конвективных течений и распределение теплопотоков, с приложением к таким природным объектам, как массивы льда, тектонические плиты, облачные кластеры. Третий блок направлен на изучение вынужденных и свободноконвективных течений в области городской агломерации и их влияния на условия комфортности жизни. Блок 1. "Циркуляция и блокирование в умеренных широтах" В лабораторной постановке описана адаптация атмосферной системы земного типа к росту скорости вращения, благодаря которой формируются нерегулярные бароклинные волны, уменьшается кинетическая энергия и растет энергия меридиональных пульсаций. Изучена трансформация общей циркуляции атмосферы в условиях глобального похолодания. Обнаружено, что структура общей циркуляции устойчива и практически не меняется при уменьшении нагрева, а блокирование бароклинных волн возникает даже при постоянных зонально-симметричных граничных условиях. Показано подобие энергетических спектров и пространственного распределения энергии в лабораторной и полномасштабной конфигурациях. Исследовано влияние суточных изменений инсоляции, вызванных движением освещенной Солнцем области по поверхности Земли. Показано, что наличие суточных вариаций инсоляции не приводит к заметным изменениям характеристик атмосферной циркуляции в связи с тем, что возмущения, обусловленные движением источника тепла, локализованы как по пространству, так и по частоте. Исследовано влияние неоднородности рельефа на формирование бароклинных волн. Обнаружено, что наличие препятствий уменьшает интенсивность зонального течения и пульсаций компонент скорости, но не блокирует формирование и развитие бароклинных волн. На основе полномасштабных расчетов в пакете WRF-ARW изучена чувствительность динамики общей циркуляции атмосферы к вариациям среднеширотных характеристик земной поверхности при помощи трех модельных конфигураций. Показано, что, несмотря на зонально-однородные граничные условия и отсутствие рельефа, на всех рассмотренных модельных планетах заметно флуктуируют основные характеристики бароклинных волн. При наличии суши имеет место выраженный сезон наибольшей волновой активности. На аквапланете наблюдаются продолжительные интервалы приостановок дрейфа волн на запад (блокинги). Проведен анализ спектрального состава бароклинных волн и его сезонной изменчивости, в том числе и для реальной конфигурации. Для оценки бароклинной активности реализован оригинальный подход на основе вейвлет-анализа. Построены карты бароклинной активности, продемонстрирована эффективность нового подхода. Блок 2. "Динамика конвективных течений при наличии свободноплавающих включений" Численно исследована конвекция Релея-Бенара при наличии в жидкости крупного, теплоизолирующего тела нейтральной плавучести для чисел Релея Ra=10^5 и Ra=10^6. Расчеты проведены для ячейки квадратного сечения, в которой плавает цилиндрическое тело, диаметр которого равен половине, четверти или одной восьмой стороны квадрата. Показано, что при числе Релея Ra=10^5 стационарная двухваликовая конвекция сменяется устойчивой однонаправленной циркуляцией, увлекающей за собой тело, которое движется прерывисто, проходя за один рывок две стороны полости. При Ra=10^6 течение носит колебательный характер, а тело совершает квазиустойчивые колебательные движения, перемещаясь туда-обратно вдоль траектории, представляющей собой положенную на бок букву П. Впервые рассмотрена система двух связанных конвективных маятников, возникающая в конвективном слое, в котором на различной глубине плавают два протяженных, теплоизолирующих тела. Показано, что в зависимости от интенсивности нагрева, размеров и уровня погружения тел, могут возникать различные режимы, включая режим периодических колебательных движений обеих пластин в противофазе, синхронизированных колебаний обеих пластин со сдвигом по фазе, хаотических движений обеих пластин. При этом, в режиме хаотических блужданий по слою пластин относительно небольшого размера, пластины, несмотря на хаотические некоррелированные колебания на малых масштабах, следуют друг за другом в крупномасштабных перемещениях. Блок 3. "Конвективный тепломассоперенос в крупных городах и агломерациях" Проведен анализ основных морфотипов городской застройки на пешеходную комфортность при различных погодных условиях. Показано, что наиболее комфортные морфотипы: периметральный вид с одиночным высотным зданием, строчный вид и строчный вид с одиночным высотным зданием при скорости 1 м/с. Относительно дискомфортными морфотипами являются точечный вид во всех сценариях; строчный вид и строчный вид с одиночным высотным зданием при скорости 4,1 м/с. В лабораторных исследованиях показано, что при поперечном расположении макета первые 2 ряда домов в значительной мере отличаются по аэродинамике, это связано с формированием отрывного течения на первом доме и его взаимодействием со вторым домом. Начиная с третьего ряда домов формируется более унифицированная картина. Несмотря на низкие средние скорости в междомовых пространствах, уровень турбулентных пульсаций поперечной компоненты скорости велик, это свидетельствует о том, что происходит перемешивание и замещение воздушных масс. Расчет индекса патогенности метеорологической ситуации в Перми за период с 2015 по 2024 гг. показал, что наибольшее значение отмечалось в январе 2017 г., наименьшее – в июле 2016 г. и составило 6,3 балла. В холодный период наибольшее влияние на значение индекса патогенности оказывает температура воздуха и ее межсуточные изменения, продолжительность солнечного сияния и межсуточные изменения атмосферного давления. В летний период существенный вклад в индекс вносят относительная влажность воздуха, скорость ветра и межсуточные изменения давления.

Публикации

1. Сухановский А.Н., Степанов Р.А., Быков А.В., Ветров А.Л., Калинин Н.А., Фрик П.Г. Mid-latitude baroclinic waves in a zonally homogeneous Earth-like planet Climate Dynamics, V.63. N.1. 74. (год публикации - 2025)
10.1007/s00382-024-07561-z

2. Мешкова В.Д., Шульженко П.Д., Литвинцев К.Ю., Дектерев А.А., Дектерев Д.А. Численное исследование формирования аэрационного режима в разных морфотипах городской застройки Журнал технической физики (год публикации - 2025)

3. Быков А.В., Ветров А.Л., Калинин Н.А. Прогноз экстремально морозной погоды в Красноярске c использованием региональной модели WRF-ARW Гидрометеорологические исследования и прогнозы, № 3 (397). С. 64-76 (год публикации - 2025)
10.37162/2618-9631-2025-3-64-76

4. Фрик П.Г., Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Литвинцев К.Ю., Сухановский А.Н., Попова Е.Н., Васильев А.Ю. Dynamics of a submerged plate of different optical properties in a heated by radiation convective cell International Journal of Heat and Mass Transfer, V.241. 126675. (год публикации - 2025)
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.126675

5. Гаврилов А.А., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю., Попова Е.Н. Numerical study of structural changes in the laboratory model of the atmospheric general circulation under variation of the rotation rate International Journal of Heat and Mass Transfer, V.241. 126676 (год публикации - 2025)
10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.126676

6. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Литвинцев К.Ю., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю., Фрик П.Г. Блуждания зеркально отражающего погруженного диска в подогреваемом падающим излучением конвективном слое Вычислительная механика сплошных сред, Т.18. №.1. С.112-121. (год публикации - 2025)
10.7242/1999-6691/2025.18.1.9

7. Беляева А.В., Сухановский А.Н. Influence of terrain features on heat transfer of processes within the urban area Interfacial Phenomena and Heat Transfer, V.13(4) P.15–29. (год публикации - 2025)
10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2025058128

8. Фрик П.Г., Степанов Р.А., Сухановский А.Н., Калинин Н.А., Ветров А.Л., Быков А.В. Общая циркуляция и бароклинные волны в атмосфере модельных зонально-однородных планет земного типа Известия РАН. Физика Атмосферы и Океана, Т.61. №.6. С.39-52. (год публикации - 2025)
10.1134/S0001433825701014

9. Литвинцев К.Ю., Мешкова В.Д., Филимонов С.А. Влияние метеоусловий на формирование пешеходной комфортности на примере городского квартала Красноярска Географический вестник (год публикации - 2025)

10. Беляева А.В., Ветров А.Л., Калинин Н.А., Фрик П.Г., Щапов В.А. Применение спутниковых данных Landsat 8 для оценки влияния городской застройки на распределение температуры земной поверхности Оптика атмосферы и океана, .Т.38. №3. С.206-213. (год публикации - 2025)
10.15372/AOO20250307

11. Дектерев Д.А., Мешкова В.Д., Шульженко П.Д., Дектерев А.А., Необъявляющий П.А. Methodology of Visualizing Surface Vortex Structures in Problems of Architectural and Urban Aerodynamics Instruments and Experimental Techniques, Vol. 68, No. 4, pp. 611–618. (год публикации - 2025)
10.1134/S0020441225700770

12. Филимонов С.А., Гаврилов А.А., Сухановский А.Н., Васильев А.Ю., Фрик П.Г. Конвекция в замкнутой полости при наличии в ней крупного тела нейтральной плавучести Вычислительная механика сплошных сред, Т.18. №.4. С.373-385. (год публикации - 2025)
10.7242/1999-6691/2025.18.4.27

Возможность практического использования результатов
Полученные результаты численного и лабораторного моделирования крупномасштабной циркуляции позволили выявить роль пространственного распределения океана и континентов в формировании областей бароклинной неустойчивости на Земле. Это создает предпосылки для повышения точности долгосрочных прогнозов температуры воздуха и экстремальных погодных явлений, что может дать серьезный экономический эффект для сельскохозяйственного производства, рационального использования водных ресурсов, топливно-энергетической промышленности. Результаты детального изучения городской климатологии Перми и Красноярска могут использоваться в целях более точного прогнозирования опасных метеорологических явлений, таких как сильный мороз или жара в сложных условиях городского ландшафта. Полученные сведения для двух крупных городов Урала и Сибири позволяют оптимизировать адаптацию к региональным изменениям климата и находить эффективные подходы и решения для снижения медико-социальных последствий волн жары в крупных городах России с населением более 1 млн. на Урале и в Сибири. Создана специализированная программа микроклиматологии «SigmaEco», которая позволяет выполнять полный комплекс микроклиматического моделирования любого городского района, включая зонирование по уровню пешеходной комфортности на основе разработанной методики. Результатами моделирования «SigmaEco» являются динамика теплового и аэрационного режимов и зон комфортности в городской среде. Использование разработанной платформы позволяет решать градостроительные задачи пешеходной комфортности, расчета ветровых нагрузок, тепловых потерь с учетом динамики солнечного излучения, локального распространения загрязняющих веществ, влияние зеленых насаждений на микроклимат. Полученные результаты численного и физического моделирования отдельных морфотипов городской застройки позволили сформировать набор рекомендаций по формированию городской среды. Применение разработанных программных инструментов может обеспечить социальное развитие и снижение экономических издержек в городах за счет повышения: уровня городского комфорта и, соответственно, сохранения жизни и здоровья населения; уровня энергоэффективности планирования городской застройки. Результаты, полученные для свободно плавающего тела могут позволить оценить влияние облачности на формирование конвективных потоков в условиях котловин, карьеров и каньонов. В пониженных формах рельефа создаются благоприятные условия для застоя воздуха, формирования штилей и, при наличии источников загрязнения, быстрый рост концентрации загрязняющих веществ в воздухе. Применение на практике полученных научных результатов может улучшить прогноз состояния атмосферы и помочь сохранению жизни и здоровья населения в крупных городах и работников предприятий горной промышленности в горнодобывающих карьерах.