Ветровой перенос диоксида азота в атмосфере с учётом временной зависимости скорости и направления

Современные средства дистанционного зондирования позволяют зафиксировать изменения содержания диоксида азота в атмосфере. На основе уравнения турбулентной диффузии, в котором учитывается коэффициент диффузии, распад газа и скорость ветра, исследуется динамика распределения малого газа в атмосфере. При моделировании процессов распространения примеси предпочтение отдаётся аналитическому или численному решению полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии в декартовых координатах [1,2,3,4]. Теоретические модели распространения газовой примеси под действием ветра обычно не учитывают зависимость ветра от времени. А в течение суток скорость ветра часто значительно изменяется и по интенсивности, и по направлению. Возможно, именно из-за этого часто не получается хорошо описать моделью экспериментальные данные. В данной работе рассмотрена методика вычисления решения с переменной скоростью ветра. Возможность теоретического описания зависимости скорость ветра с течением времени обусловлена тем, что после преобразования Фурье по координатам уравнения движения примеси в частных производных получается обыкновенное дифференциальное уравнение с производными только по времени. Это часто позволяет провести интегрирование по времени и получить промежуточное решение явно. В качестве примера скорость ветра колеблется между северным и южным направлениями. Если известна скорость ветра (по величине и направлению) за несколько дней, её можно, например, аппроксимировать полиномом по времени и эту полиномиальную зависимость подставить в модель. Такую зависимость легко проинтегрировать и получить теоретический результат задачи со скоростью ветра, зависящего от времени. Проверка такой модели задавалась игрек компонентой скорости ветра тригонометрической функцией sin(t/to), при постоянном сносе по оси икс. Данные задал такие – скорость распада газа h=0.00003 сек-1. Или (h3600) -1 час-1. Скорость ux=5м/сек. Скорость vy=30м/сек. Форма города – квадратная. Расстояние от центра города до любой его стороны 10 километров. Скорость выделения газа в городе q0=0.02 micromol/(m^2 sec). Фон q1=0.0001 micromol/(m^2 sec). Рассмотрена также зависимость компоненты ux от времени в виде линейной функции.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки (тема «Мониторинг», госрегистрация № 122042500031-8) с использованием возможностей центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг» [5], включая УНУ "Вега - Science" [6].