В статье описаны основные источники поступления двуокиси азота в атмосферный воздух больших городов. Рассмотрена временная динамика среднегодовых концентраций двуокиси азота в атмосфере г. Киева, проанализирован уровень загрязнения данной примесью в разных частях города, установлена повторяемость случаев превышения двуокисью азота максимально-разовой и среднесуточной предельно-допустимых концентраций (ПДК). Наивысшие концентрации двуокиси азота наблюдались в центральной части города в некоторые месяцы теплого периода.Частота случаев превышения ПДК в воздухе обычно достигала 50%, а в теплый сезон 2012 г. концентрация NO2 в воздухе была очень высокой и превышала ПДК в 100% случаев на всех станциях мониторинга. Исследования показали, что в теплый сезон года в воздухе г.Киева регулярно наблюдаются повышенные концентрации двуокиси азота, которые являются прекурсорами фотохимического смога, что при благоприятных метеорологических условиях может привести к формированию этого этого негативного феномена в атмосфере города.
Перенос песка ветром представляет собою мощную эрозийную силу, создающую песчаные дюны и рябь, и загружает атмосферу взвешенными пылевыми аэрозолями. В статье представлен краткий обзор физики переносимого ветром песка. В частности рассмотрена физика скачков песчаных гранул, формирования и развития песчаных дюн и гребней. Также обсуждаются некоторые классы управляющих уравнений, описывающих физику переносимого ветром песка и образования дюн.
Статья открывает серию публикаций, посвященных обзору новых результатов оригинальных ядерного геофизических исследований, выполненных на кафедре математики ОГЭКУ и его лабораторий (вычислительной и квантовой математики и механики, ядерной геофизики и др.). Первоначальный материал преимущественно концентрируется на фундаментальных проблемах, решение которых составляют теоретическую основу дальнейших прикладных ядерной-геофизических исследований. Кратко изложены элементы современной теории процессов бета-распада и качественно обсуждаются характерные особенности так называемых кооперативных электрон-бета-ядерных процессов в атомах и молекулах, в том числе возбуждения, ионизации, электронной перестройкой, вызванной ядерных реакций и бета-распада.. Несколько факторов учитываются: изменение пределов интегрирования в функции Ферми и интегральной функции Ферми, энергетические поправки для различных химических элементов (веществ), а также возможности связанного бета-распада или других экзотических каналов распада.
В статье рассмотрены различные конечно-разностные схемы при моделировании распространения взвеси после сброса грунта на подводный отвал в плоской и пространственной постановке задачи. Выполнено сопоставление результатов численных экспериментов с расчетами по фундаментальным формулам и с данными натурных наблюдений. В выводах приводятся рекомендации для выполнения инженерных расчетов.
Мы представляем новый общий аппарат анализа, обработки и прогнозирования характеристик временных рядов концентраций загрязняющих веществ для типовых гидроэкологических систем, схематично включает следующие блоки и уровне исследований: общий качественный анализ динамических особенностей задачи эволюции типичных гидроэкологических систем (в том числе, качественный анализ с точки зрения обыкновенных дифференциальных уравнений, «Арнольд-анализ»); б) проверка на наличие хаотических (стохастических) особенностей, элементов, режимов (тест Готвальда-Мельбурна, метод корреляционной размерности); в) исследование фазового пространства (выбор времени задержки, определение пространства вложения методами и алгоритмами корреляционной размерности и ложных ближайших соседних точек); г) определение динамических инвариантов хаотической системы (вычисление глобальной размерности, показателей Ляпунова λα; определение размерности Каплана-Йорка dL и среднего предела предсказуемости Prmax на основе усовершенствованных алгоритмов; е) нелинейный анализ и предсказание (прогнозирование ) динамической эволюции систем. Последний блок действительно включает в себя новые (в динамике радиоактивности окружающей среды) методы и алгоритмы нелинейного прогнозирования, такие как методы прогнозируемых траекторий, формализм случайных пропагаторов, нейросетевые алгоритмы, ренорм-анализ с блоками полиномиальных аппроксимаций, вейвлет-разложений и т.д.
В задачах моделирования процессов распространения вредных примесей в атмосфере промышленных городов и прогнозирования эволюционной динамики сделано качественный обзор новых концептуальных подходов, которые базируются на основе положений теории хаоса, теории динамических систем, фрактальной геометрии, анализе показателей Ляпунова и других. Кратко охарактеризованы основные идеи перечисленных подходов с акцентом на анализ временных рядов концентраций вредных веществ в атмосфере, а также представлен анализ, который показывает, что хаотический режим временной эволюции характеристик детерминированных динамических систем, в частности, прикладных экологических систем, является, по сути, нелинейным явлением, которое в принципе не возможно описать на основе классически линейных регулярно-динамических моделей.
Проведены расчеты осадков в период летнего паводка 2008 г на территории Украинских Карпат с использованием метеорологической модели WRF. Модель хорошо воспроизвела структуру поля осадков в период максимальных паводков (25 июля), что подтверждается сравнением рассчитанных и измеренных осадков и косвенным сопоставлением рассчитанных суммарных осадков по водосборам карпатских рек и измерений расходов в замыкающих створах.
В последние десятилетия в связи с бурным развитием численных методов прогноза погоды уделяется недостаточное внимание физико-статистическим закономерностям. Тем не менее климатические изменения и их последствия для различных отраслей экономики требует информации о вероятностных характеристиках метеорологических величин и явлений, включая ветровые аномалии. В статье рассмотрен опыт применения распределения Джонсона для выравнивания временных рядов скорости ветра у поверхности земли на метеорологической станции Одесса-порт в центральные месяцы сезона. Выявлен ряд закономерностей, учитывающих не только сезонную и суточную изменчивость параметров этого распределения, но и влияние физико-географических условий расположения метеорологической станции на формирование режима приземного ветра.
На основе стандартных метеорологических наблюдений, с помощью энергобалансовой модели приземного слоя атмосферы получены функции и средняя скорость диссипации турбулентной энергии. Модель обеспечивает “замыкание” теплового баланса поверхности, баланса потоков диссипации кинетической энергии турбулентности (КЭТ) и выравнивания температурных неоднородностей в турбулизированном потоке. Модель построена на базе теории приземного слоя Монина-Обухова. Результаты сравниваются с аналогичными моделями других авторов.
Исследуются изменения основных климатических характеристик на территории Украины с учетом развития различных сценариев изменения климата. Определено, что в Украине ожидается постепенное повышение температуры воздуха. Наибольшие температурные показатели возможные при развитии сценария изменения климата А1В, при этом установлено, что наиболее теплое двадцатилетие ожидается в течение 2031–2050 гг. Выявлено, что резких изменений в распределении осадков не прогнозируется, однако есть вероятность незначительного увеличения осадков над северо-западными регионами страны.
В работе, продолжающей наши предыдущие исследования, представлены результаты применения новой усовершенствованной нестационарной теории глобальных механизмов в низкочастотных атмосферных процессах, баланса углового момента Земли, эффектов телеконнекции и атмосферных радиоволноводов для региона Тихого океана для различных форм циркуляции. Теория реализована и имплементирована в микросистемную технологию «GeoMath» и ориентирована на открытие и тестирование новых предикторов для долгосрочного и сверхдолгосрочного прогнозирования низкочастотных атмосферных процессов. ПК эксперименты продемонстрировали эффективность новой нестационарной теории в моделировании баланса углового момента, атмосферного влагооборота в дальнейшей связи с генезисом тропосферных радиоволноводов и преемственностью форм атмосферной циркуляции (телеконнекция, генезис фронтов) и разработкой новых практических сенсоров долго-срочного прогнозирования и моделирования низкочастотных атмосферных процессов. Установлена связь тропосферного радиоволновода с атмосферным влагооборотом и соответственно с формой атмосферной циркуляции через положение фронтальных разделов (атмосферных фронтов как основных накопителей влаги). Атмосферный влагооборот связан с таким типично низкочастотным процессом как выполнение баланса углового момента; последний характеризует нарушение баланса вращения атмосферы вместе с Землей.
Рассмотрены место и роль метеорологического обеспечения в решении задач защиты населения от последствий стихийных бедствий, техногенных аварий и современных средств поражения (пожаров, взрывов, выбросов, террористических действий).
Представлены предложения по совершенствованию сбора, обработки и анализа метеорологических и аэрологических данных, необходимых для прогнозирования и оценки радиационной и биологической (бактериологической) обстановки, в целях защиты населения и войск.
Рассматриваются в сравнении показатели термического режима за период 1986 – 2005 гг. и ожидаемые их изменения, рассчитанные по трем сценариям изменения климата GFDL-30 %, ,- А1В,- А2 на период 2011 – 2050 гг. по территории Украины. Отмечается ожидаемые более ранние даты перехода температуры воздуха через различные пределы весной и более позднее их наступление осенью, общее повышение средней температуры, сумм температур и изменение амплитуды температур.
В работе описывается проблема образования растительных остатков в сельском хозяйстве районов Одесской области, возникающая в результате сбора и переработки урожая. Растительные отходы составляют значительные количества и подлежат утилизации. Рассматривается метод анаэробного сбраживания как наиболее целесообразный путь их переработки, что позволяет получить ценное органическое удобрение с высоким содержанием питательных веществ и высокоэнергетический биогаз.
Представлена характеристика агроклиматических показателей выращивания ярового ячменя по природно — климатическим зонам Украины, их изменение под влиянием изменения климата по двум сценариям А2 и А1В. Выполнена оценка влияния изменений климата на темпы развития ярового ячменя.
Рассматриваются в сравнении показатели фотосинтетической продуктивности картофеля и агроклиматические условия выращивания картофеля за период 1986-2005 гг. и ожидаемые их изменения, рассчитанные по сценариям изменения климата А1В и А2 за период 2011-2050 гг. на территории Восточной и Западной Лесостепи. Рассматриваются агрометеороло-гические и агроклиматические условия, при которых может наблюдаться максимальная производительность посадок картофеля.
Рассматривается в сравнении режим осадков, испарения, испараемости, дефицита испарения, коеффициента увлажнения Г.Т. Селянинова за периоды: 1986 -2005 гг (базовый период) и ожидаемые за тремя сценариями изменений климата их значений в период с 2011 по 2030 и с 2031 по 2050 годы. Отмечается ожидаемое общее увеличение годового количества осадков и увеличение неравномерности их распределения по сезонам года во всех почвенно-климатических зонах Украины, кроме Южной Степи. Уменьшение количества осадков в Южной Степи, особенно в весенне-летний период вызовет увеличение засушливости климата.
Рассматривается, что органическое вещество растительных остатков и почвы разделяется на два активных компартмента и один инертный компартмент. В модель включены все главные процессы круговорота C и N, интенсивность которых описывается уравнением первого порядка. При разложении органического вещества рассматривается эмиссия CO2 и CH4 Моделируются основные процессы трансформации форм азота в почве, эмиссия N2O при нитрификации и денитрификации.
В работе проведена оценка природных климатических факторов (температуры, осадков), которые формируют современный гидрологический режим Куяльницкого лимана. В исследовании выявлены основные тенденции климатических изменений на основе материалов метеорологических станций в пределах водосбора Куяльницкого лимана и прилегающих к нему территориях за период с 1900 до 2012гг. В последние два десятилетия установлена тенденция к росту температур воздуха при практически неизменных осадках, что приводит к ухудшению условий формирования стока на водосборе и способствует уменьшению водных ресурсов исследуемой территории.
В работе рассмотрены актуальные вопросы гидрологического режима Хаджибейского лимана как в естественный период, так и при его хозяйственном использовании.
По предложенной методике расчета весенних половодий и дождевых паводков редкой вероятности превышения установлено, что при возникновении катастрофических наводнений (при Р=1%) уровни воды в Хаджибейском лимане могут достичь опасных отметок. Долгосрочный прогноз поступления тало-дождевых вод в период весеннего половодья позволит выполнять заблаговременную оценку степени регулирования водоема лимана поверхностными водами его бассейна в каждом году.
В статье рассматриваются вопросы, в той или иной мере связанные с определением расчетных характеристик максимального стока дождевых паводков и весенних половодий редкой вероятности превышения при отсутствии непосредственных временних рядов наблюдений за гидрологическим режимом рек.
Данная работа продолжает наши исследования фрактальных структур в хаотических и турбулентных процессах и связана с большой актуальностью и важностью экспериментального и теоретического изучения нелинейных хаотических динамических систем с целью обнаружения фрактальных структур и свойств и элементов динамического хаоса. На основе вейвлет-анализа и мультифрактального формализма осуществляется анализ фрактальных структур в хаотических процессов (временные ряды концентраций нитратов для водораздела Svidník-Ondrava Малых Карпат в Восточной Словакии) и вычислено соответствующий спектр фрактальных размерностей. Выполнен численное моделирование и проведено сравнение теоретических данных с ранее полученными оценками на основе других алгоритмов фрактального анализа.
В статье рассмотрена система оз. Ялпуг – Кугурлуй, водообмен системы озер с р.Дунай. Исследован водный режим озер на основе уравнения водного баланса и детально рассмотрены отдельные составляющие этого уравнения. Выявлено влияние каждой составляющей уравнения водного баланса на водный режим водоема.
Авторами установлено, что наибольшее влияние на водный режим озер в приходной части имеет поступление воды из р.Дунай и с атмосферными осадками, а в расходной – испарение с водной поверхности и сбросы воды в р.Дунай.
Данная работа продолжает наши уточненные количественные исследования динамики загрязнения различных гидроэкологических систем, в частности, временной динамике изменения концентраций нитратов в ряде водоразделов рек Малых Карпат в Восточной Словакии. Различные методы и алгоритмы теории хаоса (хаос-геометрического подхода) и теории динамических систем использованы в наиболее совершенных версиях. Представлены новые более точные данные, характеризующие хаотическое поведение временных рядов концентраций нитратов для ряда водоразделов рек Малых Карпат. В предыдущих работах (см.[1]) для восстановления соответствующего аттрактора, предварительно вычислялись время задержки (временной лаг) и размерности вложения. Искомые параметры определялись с использованием методов автокорреляционной функции и средней взаимной информации. Кроме того, были применены более совершенные версии метода корреляционной размерности и алгоритма ложных ближайших соседей. Представлен также рассчитанный спектр Фурье концентрации нитратов для водосбора Ондава-Стропков за период 1969-1996гг. Здесь мы приводим новые более точные результаты по корреляционной размерности (d2), размерности вложения (dE), размерности Каплан-Йорка (dL), среднему пределу предсказуемости (Prmax) и параметру хаоса К для концентраций нитратов для ряда водоразделов.
Проанализированы закономерности колебаний климатических факторов формирования стока на водосборе Куяльницкого лимана и прилегающих территорий по данным сценариев изменения климата А1В (модель REMO) и А2 (модель RCA) с использованием разностно-интегральных кривых. Установлены основные тенденции изменения водных ресурсов Куяльницкого лимана на основе модели «климат-сток», разработанной в ОГЭКУ, в будущем. Показано, что к середине XXI века по сценарию А1В возможно уменьшение водных ресурсов бассейна Куяльницкого лимана на 40%. По сценарию А2 водные ресурсы северной части бассейна могут расти в среднем на 20-30%, а сток в южной части может уменьшиться в среднем на 10%.
Основным методом исследования гидрометеорологического режима озер является решение уравнения водного баланса, которое характеризует процессы поступления и раходования воды. Для расчета водных балансов в качестве исходных материалов использованы объемы воды в озере Китай на начало и конец каждого месяца, атмосферные осадки и испарение с водной поверхности. По разным методикам рассчитан поверхностный сток, подземный сток, фильтрация, транспирация. В статье проанализированы физико-географические, морфометрические, гидрологические, гидротехнические характеристики озера Китай, а также рек, которые его питают; проведен расчет составляющих водного баланса оз. Китай (за 2008-2014 гг.) и определены невязки водных балансов.
В статье исследовано современное состояние качества вод бассейна реки Днестр на трансграничных участках в пределах Винницкой области по Методике экологической оценки качества поверхностных вод по соответствующим категориям и Методике интегральной оценки загрязненности водных объектов. Обнаружено, что поверхностные воды Днестровского бассейна значительно загрязнены. Экологическое оздоровление речного бассейна в пределах трансграничных участков с Республикой Молдова необходимо реализовывать на межгосударственном уровне с привлечением механизмов в рамках проекта Еврорегион «Днестр».
Изучение водохранилищ представляет большой научный интерес и имеет важное практическое значение для решения проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов. В работе описываются последнее в Днепровском каскаде Каховское водохранилище и составляющие его водного баланса. Рассматриваются методы определения составляющих приходной части водного баланса, которые были в свое время предложены Каховской гидрометеорологической обсерваторией. Значительное внимание обращено на поверхностный приток воды в водохранилище с неизученных рек, который определяется по методу аналогии. Вероятная погрешность этого метода, в свою очередь, оценивается для месячных значений в 30-50 %, а для годовых – в 10-20 %. Поэтому предложен несколько иной метод определения данной составляющей по кривой обеспеченности суммы годовых осадков, картам нормы стока и таблицам СНиП 2.01.14.83. Предложенный метод упрощает и ускоряет процесс расчета объемов поверхностного притока воды с неизученных рек в Каховское водохранилище.
Рассматривается процесс переноса растворенных солей в зоне смешения река–море на начальных стадиях смешивания. С использованием уравнения конвективно-диффузионного переноса примесей с переменным коэффициентом диффузии, выполнен анализ процессов для окрестностей поверхностей раздела растворов. По аналитическому решению, градиентные микротечения поперек оси удлинения образуют двухстороннюю прослойку гидродинамического запирающего слоя, с эффектом блокирования диффузионного переноса ионов, что способствует сохранению и устойчивости слоистых структур. Представлены результаты натурных измерений для Кольского залива, подтверждающие теоретические выводы. Ламеллярная структура формируется в зонах начального контакта вод разного генезиса, откуда выходит устойчивый пучок изогалин 10-33‰, который распространяется вдоль слоя с изогалиной 24,7‰, расширяясь с сильным замедлением при устойчивом угле наклона этой границы, раздела области река-море.
На основе результатов гидродинамического моделирования с использованием численной модели Delft3D-FLOW определены возможности предотвращения дальнейшего засоления Тилигульского лимана путем реконструкции соединительного канала «лиман-море» и изменения регламента его функционирования, а также путем увеличения речного стока в лиман, с учетом климатических условий в первой половине XXI ст. Приведены результаты верификации гидродинамической модели. Показано, что для стабилизации уровня воды и уменьшения темпов роста солености вод в лимане наиболее эффективным является вариант круглогодичного функционирования углубленного соединительного канала «лиман-море». Этому будет способствовать разнонаправленный водообмен через канал, обусловленный вызванными ветром колебаниями уровня воды в лимане и море. Однако, при сохранении современного уровня водохозяйственной деятельности на водосборном бассейне лимана тенденция многолетнего увеличения солености его вод все же сохранится. Лишь восстановление природных объемов речного стока в лиман способно свести тенденцию увеличения солености его вод к минимуму.
В статье рассматриваются основные закономерности распределения биогенных элементов в соответствии с растворенным в воде кислородом и гидрологическими характеристиками морской среды. Проведена оценка количественного переноса биогенных веществ системой течений. Рассчитано весовое количество фосфатов переносимых потоком в единицу времени.