Главная – Журналы – Поиск по журналам

В статье изложена одна конструкция оригинального метода Harten-Lax-van Leer (HLL) для решения задач релятивистской гидродинамики с использованием кусочно-параболического представления физических переменных. Такое представление является оптимальным в части баланса алгоритмической сложности и диссипации между кусочно-линейным и кусочно-кубическим представлениями. Построенный численный метод позволяет воспроизводить решения с малой диссипацией на разрывах. Метод верифицирован на задачах о распаде разрыва в одномерной и двумерной постановках. На одномерных задачах о распаде разрыва исследован порядок точности построенной численной схемы. Метод также протестирован на характерных астрофизических постановках задач: взаимодействие релятивистских струй, столкновение облаков на релятивистских скоростях, взрыв сверхновой.

Рассматривается двумерное уравнение эйконала, описывающее распространение волновых фронтов цунами. В работе представлена пространственная форма начального источника волн, которая вызывает концентрацию волновой энергии вдоль береговой линии круглого острова. Теоретические результаты подтверждены численным моделированием динамики волны цунами в рамках модели мелкой воды.

Описывается реализация критерия адаптации в технологии построения трехмерных структурированных сеток, предназначенной для численного решения дифференциальных уравнений, моделирующих вихревые процессы многокомпонентной гидродинамики. Ранее в технологии построения сеток критерий был реализован в объeмах вращения и в объeмах вращения, деформированных другими объeмами вращения. Критерий адаптации реализован в рамках вариационного подхода построения оптимальных сеток, удовлетворяющих критериям оптимальности: близости сетки к равномерной, ортогональной и адаптации под заданную функцию. При реализации критерия технология дополнена новым способом расчета граничных узлов и алгоритмом построения допустимого множества для минимизации функционала, формализующего критерии оптимальности. Приводятся примеры расчетов сеток, адаптирующихся под заданную функцию и ее первые производные.

В статье рассматривается краевая задача математической физики, описывающая нестационарный процесс диффузии реагирующего газа к угольной частице сферической формы, находящейся в атмосфере горной выработки. Решение краевой задачи построено на базе автомодельных преобразований, являющихся частным случаем группового анализа. Получены формулы для определения концентраций реагирующего газа в окрестности угольной частицы и на ее поверхности. Построены графики зависимостей времени выгорания угольной частицы от ряда ее параметров и выявлены поля концентрации реагирующего газа на различных этапах горения угольной частицы.

Обоснованы четыре наиболее общих типа пространственной структуры (паттерна/строения/узора/рисунка) ландшафтного покрова. Регулярный нуклеарный паттерн состоит из повторяющихся элементов, и есть морфологически выраженная доминанта - ядро (одно или более). Регулярный денуклеарный паттерн образован повторяющимися элементами, ядро не выражено. Иррегулярный нуклеарный паттерн состоит из неповторяющихся элементов, и есть морфологически выраженная доминанта - ядро (одно или более). Иррегулярный денуклеарный паттерн образован неповторяющимися элементами, ядро не выражено. На основе пространственных особенностей выделены и охарактеризованы наиболее общие типы интеграции и дифференциации ландшафтного покрова. Фоновая интеграция обусловлена единым процессом (комплексом процессов), который организует все рассматриваемое пространство и часто предопределяет единообразие территории. Центральная интеграция вызвана воздействием центра-ядра на окружение и окружения на центр-ядро. Катенарная интеграция определена средними и дальними латеральными потоками любой природы и воздействием на них. Пограничная интеграция обусловлена связями и взаимодействиями соседних участков на общей границе. Фоновая дифференциация вызвана единым процессом (комплексом процессов), который за счет разной интенсивности формирует неоднородность. Центральная дифференциация заключается в формировании центра-ядра, играющего роль ведущего (доминирующего) элемента в функционировании и развитии геокомплекса/геосистемы, и определяется разными характером и интенсивностью его взаимодействия с другими элементами. Катенарная дифференциация проявляется в направленном изменении свойств ландшафтного покрова по градиентам и обусловлена изменением латеральных потоков. Пограничная дифференциация связана с тем, что границы часто являются следствием барьерного эффекта одних процессов и причиной формирования барьерного эффекта для других процессов (синэкологических, геохимических, геофизических, геологических). Локусная дифференциация заключается в формировании отдельности в геокомпонентах и геокомплексе, в обособлении некоторой части или в разделении геокомплекса на части. Подчеркнуто, что выделенные типы пространственной структуры, интеграции и дифференциации применимы к геокомплексам/геосистемам всех уровней и ко всем геокомпонентам.

Обоснована необходимость выделения более крупной, чем биосфера, глобальной экосистемы геосферного ранга - экосферы. Определены границы экосферы, которая включает в себя все живое вещество планеты, атмосферу до термосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы с метаморфической оболочкой. В пределах этого пространства реализуется большой геологический круговорот, связывающий биосферу и ее абиотическое окружение в единое целое и создающий специфическую форму его структурно-функциональной организации. Большой геологический круговорот вещества выполняет в экосфере функцию системообразующего циклического процесса, который не обладает полной замкнутостью. Главным фактором, контролирующим степень замкнутости геологического круговорота, служит обмен веществом на границе литосфера-мантия. Процессы метаморфизма, происходящие за пределами биосферы, представляют собой механизм организации экосферы, который в течение длительного времени поддерживает существование жизни на Земле: они производят регенерацию продуктов биосферного метаболизма и обеспечивают их возврат в биосферу в формах, доступных для повторного потребления живыми организмами. Характерным признаком пространства экосферы является редокс-неравновесность, обусловленная деятельностью живых организмов. В экосфере совершается полный жизненный цикл: от образования живых организмов из минеральных компонентов до полного превращения в исходные минеральные составляющие живого вещества и всех продуктов биосферного метаболизма. За пределами экосферы нет ни живых организмов, ни продуктов их жизнедеятельности, сохранивших приобретенную в биосфере термодинамическую неравновесность.

Проанализированы характерные особенности и выделены проблемы мониторинга лесов Байкальской природной территории. Предложен подход цифровой трансформации мониторинга лесных ресурсов с использованием сервис-ориентированной парадигмы, инфраструктурного подхода, декларативных спецификаций, а также сквозных и Web-технологий сбора и обработки больших объемов пространственно-временных данных. Описана схема цифровой платформы мониторинга леса, основанная на информационно-аналитической геопортальной среде, включающей систему обработки и хранения пространственно-временных данных, каталог базовых и тематических сервисов для учета последствий природного и антропогенного воздействий на леса Байкальской природной территории. Представлен опыт использования методов глубокого обучения на базе нейронных сетей для мониторинга изменений в состоянии лесов. Автоматизированное определение типов земной поверхности проводится по снимкам Sentinel-2. Описан состав классов созданного обучающего набора данных на Байкальской природной территории. Приведен результат алгоритма классификации космоснимка с указанием распознанных классов земной поверхности. Создаваемая цифровая платформа может быть использована для оценки и прогнозирования состояния лесных ресурсов Байкальской природной территории, принятия управленческих решений по эффективному управлению лесами.

Представлены результаты обследования болот Республики Алтай, проведенного на стационаре с 2010 по 2014 г. На пунктах наблюдения, расположенных на болотах Турочак, Кутюшское и Баланак, исследовались гидротермический, газовый режимы и эмиссия диоксида углерода и метана. Отмечено, что за все годы изучения уровни болотных вод были близки к поверхности, а влажность не опускалась за предел 0,8 полной влагоемкости. Выявлено, что экстремальные значения концентраций СО₂ и СН₄ в мезотрофной залежи изменялись в интервалах 0,05-1,10 и 0-0,62 ммоль/дм³ соответственно, в эвтрофной залежи эти значения были выше - 0,07-1,40 и 0-0,65 ммоль/дм³ соответственно. Установлено, что разные погодные условия не являются определяющим фактором динамики газового режима в торфяной залежи эвтрофного и мезотрофного генезиса. Бо́льшая роль принадлежит другим, неучтенным факторам. Установлено, что концентрация парниковых газов в торфяных залежах различного генезиса изменялась в небольших пределах, а их динамика в разные по метеоусловиям годы имела неустойчивый режим, но с общим трендом в сторону увеличения к подстилающей породе. Подтверждено, что горные болота не являются значимым источником выделения парниковых газов. Экстремальные потери СО₂ и СН₄ в сумме за летний период составили на болоте Турочак от 29,7 до 76,6 г С/(м² летний период), на болоте Кутюшское - от 42,1 до 80,9 г С/(м² летний период), что в 15-43 раза меньше по сравнению с чистой первичной продукцией.

Представлены результаты исследования инвазии вяза приземистого (Ulmus pumila L.) в растительный покров залежных земель, обустроенных вязовыми полезащитными лесными полосами. Выявлено, что благодаря обильному плодоношению в молодом возрасте и при наличии здорового состояния особей вяз приземистый мог бы стать трансформером. Но этого не происходит, поскольку ряд биотических и абиотических факторов отрицательно влияет на жизненное состояние древесных растений и на их способность к плодоношению: наличие выпаса животных, сильная степень деградированности почвы, климатические условия (недостаточное увлажнение, морозное выветривание и иссушение почвы), мощный травянистый покров. В ходе исследования установлено, что на средне деградированных почвах вяз приземистый распространился на всех межполосных полях системы полезащитных лесных полос, в первом ярусе фитоценозов древесные растения хорошо переносили зимний период, во втором надземная масса вяза приземистого погибала полностью и за счет почек возобновления вновь отрастала. По истечении семи лет наблюдалась тенденция уменьшения численности подроста в 19,9 раза. Сомкнутость крон древесно-кустарникового полога составляла 0,1-0,7. На слабо деградированных почвах при наличии выпаса вяз приземистый занимал 33 % от исследуемой площади, спустя 8 лет - 73 %. Растения первого яруса были малочисленны и ослаблены. Максимальную сомкнутость крон 0,5-1,0 наблюдали вблизи полезащитных лесных полос. Интенсивное распространение вяза приземистого сдерживали выпас и толстый слой ветоши, достигающий 4,2-7,5 ц/га воздушно-сухого вещества. Установлено, что на сильно деградированных почвах густота особей оказывала влияние на жизненное состояние подроста. В фитоценозах, где имелся редкий подрост, жизненное состояние оценивалось как здоровое, ослабленное или усыхающее, а где подрост был густым - как усыхающее. Выявление закономерностей формирования и развития фаций с участием вяза приземистого поможет спрогнозировать дальнейший ход развития сукцессионных процессов и ландшафтной динамики юга Средней Сибири.

Проведен критический анализ существующих опубликованных представлений о роли ведущих факторов формирования байкальских террас: тектонике, климатических колебаниях уровня озера, периодической смене местоположения сточной прорези. Показана несостоятельность предположений о доминирующей роли в создании озерных террас разного уровня (в том числе подводных) смены местоположения в позднем плейстоцене Иркутного направления стока байкальских вод на Ангарское. Приведенные данные показывают, что в периоды похолоданий позднего плейстоцена уровень озера мог снижаться, предположительно, не более чем на 40-45 м, его подъем в периоды потеплений не мог быть выше порогов стока байкальских вод того времени, что исключает возможность образования комплекса высоких террас. Отрицание роли тектонических движений в формировании террас озера находится в полном противоречии с реальной активностью Байкальской впадины, доказанной в многочисленных научных трудах. Установлено, что тектонические движения играют главную роль в моделировании рельефа озерной котловины и определяют гипсометрическое положение террасовых поверхностей и их деформацию. Имеющиеся весьма немногочисленные определения возраста террас не позволяют провести их корреляцию. Главной причиной разногласий по байкальским террасам является отсутствие системных специализированных исследований по этой проблеме.