Сектор вычислительного эксперимента (502)

Заведующий сектором: Виктор Степанович Мингалев (доктор физ.-мат. наук, профессор)

Основная научная задача

Исследование неоднородной структуры и динамики атмосферы и ионосферы Земли при помощи математических моделей

Основные направления исследований

• Исследование методом математического моделирования формирования глобальной системы нейтрального ветра в атмосфере Земли в различных геофизических условиях
• Численное исследование механизмов, ответственных за формирование циклонов в нижней атмосфере
• Численное моделирование пространственной структуры F-слоя высокоширотной ионосферы
• Компьютерное моделирование модификации F-слоя мощными короткими радиоволнами

Разработанные и используемые математические модели

• Математическая модель глобальной системы нейтрального ветра атмосферы Земли, которая позволяет рассчитывать трехмерные планетарные распределения зональной, меридиональной и вертикальной компонент скорости нейтрального ветра и плотности нейтрального газа на уровнях тропосферы, стратосферы, мезосферы и нижней термосферы при условии, что глобальное поле температуры является задаваемым параметром модели
• Региональный вариант последней из упомянутых математической модели, который позволяет рассчитывать трехмерные распределения не только зональной, меридиональной и вертикальной компонент скорости нейтрального ветра и плотности нейтрального газа, но и температуры нейтрального газа в пределах высот от 0 до 15 км над ограниченными регионами поверхности Земли
• Математическая модель конвектирующей высокоширотной ионосферы, которая позволяет рассчитывать трехмерные распределения электронной плотности, скорости положительных ионов и электронной и ионной температур на высотах F-слоя
• Версия математической модели конвектирующего F-слоя ионосферы, который может подвергаться воздействию мощных коротких радиоволн

Перечень научных проблем

• Влияние горизонтальной неоднородности температуры нейтрального газа на формирование глобальной циркуляции атмосферы при различных геофизических условиях
• Исследование начальной стадии зарождения циклонов в нижней атмосфере
• Эффекты различных физических процессов в формировании пространственной структуры F-области высокоширотной ионосферы
• Динамика неоднородностей, создаваемых мощными короткими радиоволнами, закачиваемыми в F-область ионосферы

Научные связи

В последние годы Сектор вычислительного эксперимента выполнял ряд исследований совместно с сотрудниками следующих организаций:

• Институт космических исследований Российской Академии наук, г. Москва
• Институт космических исследований Австрийской Академии наук, г. Грац
• Институт автоматизации проектирования Российской Академии наук, г. Москва
• Московский государственный университет, г. Москва
• С.-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, г. С.-Петербург.

Сектор вычислительного эксперимента является участником Программы фундаментальных исследований Президиума Российской Академии наук “Окружающая среда в условиях изменяющегося климата: экстремальные природные явления и катастрофы”. Сотрудники Сектора вычислительного эксперимента участвуют в выполнении Программы Отделения физических наук Российской Академии наук “Плазменные процессы в солнечной системе”.

Ближайшие планы

• Усовершенствование разработанных математических моделей за счет применения новых численных методов
• Адаптация существующих математических моделей земной атмосферы для численного моделирования глобальных циркуляций других планетных тел
• Приложение разработанных численных моделей для моделирования неоднородной структуры и динамики атмосферы и ионосферы Земли

Основные публикации

Мингалев И.В., Мингалев В.С. Модель общей циркуляции нижней и средней атмосферы Земли при заданном распределении температуры // Математическое моделирование. – 2005. -Т.17, №5. – С.24-40

Mingalev I.V., Mingalev V.S., Mingalev O.V., Kazeminejad B., Lammer H., Biernat H.K., Lichtenegger H.I.M., Schwingenschuh K., Rucker H.O. First simulation results of Titan’s atmosphere dynamics with a global 3-D non-hydrostatic circulation model. // Annales Geophysicae. – 2006. – V. 24, N8. – P. 2115-2129

Андреев М.Ю., Лукичева Т.Н., Мингалев В.С. Модельное исследование влияния главного ионосферного провала на наклонное распространение коротких радиоволн // Геомагнетизм и аэрономия. – 2006. – Т.46, N 1.- С.99-105

Мингалев О.В., Мингалев И.В., Мингалев В.С. Двумерное численное моделирование динамики мелкомасштабных неоднородностей в околоземной плазме. // Космические исследования. – 2006. – Т. 44, N 5.- С. 416-427

Белоцерковский О.М., Мингалев И.В., Мингалев В.С., Мингалев О.В., Опарин А.М. О механизме возникновения крупномасштабного вихря в тропосфере над неравномерно нагретой поверхностью. // Доклады АН. – 2006.- Т. 410, N 6.- С.816-820

Бородачев Л.В., Мингалев И.В., Мингалев О.В. Численное решение дискретной модели Власова-Дарвина на основе оптимальной переформулировки полевых уравнений. // Математическое моделирование.- 2006. – Т. 18, №11. – С.117-125

Mingalev I.V., Mingalev V.S., Mingaleva G.I. Numerical simulation of the global distributions of the horizontal and vertical wind in the middle atmosphere using a given neutral gas temperature field // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. – 2007. – V. 69, Nos.4/5. – P. 552-568

Андреев М.Ю., Мингалева Г.И., Мингалев В.С. Численное моделирование структуры высокоширотного ионосферного слоя F и прохождения через него коротких радиоволн в меридиональном направлении // Геомагнетизм и аэрономия. – 2007. – Т.47, N 4.- С.518-527

Андреев М.Ю., Благовещенский Д.В., Выставной В.М., Мингалев В.С., Мингалева Г.И. Интерпретация экспериментальных данных распространения коротких радиоволн на трассе Санкт-Петербург – арх. Шпицберген // Геомагнетизм и аэрономия. – 2007. – Т.47, N 4.- С.534-542

Мингалева Г.И., Мингалев В.С., Мингалев И.В. Модельное предсказание наиболее эффективной частоты для крупномасштабной модификации F2-слоя среднеширотной ионосферы мощными короткими радиоволнами // Геомагнетизм и аэрономия. – 2008. – Т.48, N 1.- С.70-78

Mingalev I.V., Mingalev O.V., Mingalev V.S. Model simulation of the global circulation in the middle atmosphere for January conditions // Advances in Geosciences. – 2008. – V. 15, No.4. – P. 11-16

Мингалев И.В., Мингалев В.С., Мингалев О.В., Каземинеджад Б., Ламмер Х., Бирнат Х.К., Лихтенегер Х.И.М., Швингеншу К., Рукер Х.О. Численное моделирование циркуляции атмосферы Титана: интерпретация измерений зонда HUYGENS // Космические исследования. – 2009. – Т. 47, № 2. – С. 134-145

Mingaleva G.I., Mingalev V.S., Mingalev I.V. Model simulation of the large-scale high-latitude F-layer modification by powerful HF waves with different modulation // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. – 2009. – V. 71, No.5. – P. 559-568

Мингалев О.В., Мингалев И.В., Мингалев В.С., ХодаченкоМ.Л. Аналитические конфигурации бессилового магнитного цилиндра в солнечном ветре // Геомагнетизм и аэрономия. – 2009. – Т.49, N 5.- С.603-610

Blagoveshchensky D.V., Andreyev M.Yu., Mingalev V.S., Mingaleva G.I., Kalishin A.S. Physical and model interpretation of HF radio propagation on the St. Petersburg–Longyearbyen (Svalbard) path // Advances in Space Research.- 2009.-V.43, No.12 . – P. 1974-1985