В решении задач гидро- и газодинамики традиционно используются два подхода – лагранжев и эйлеров. Эти подходы эффективны для разных классов задач и оба имеют широкие сферы применения. Эйлеров подход, базирующийся на описании движения жидкости через фиксированный в пространстве объем, является основным при построении большинства моделей общей циркуляции океана. В то же время, лагранжев подход, в основе которого лежит описание движения бесконечно малой частицы жидкости, является мощным инструментом для исследования различных процессов, происходящих в Мировом океане.

В данной работе интерес к применению лагранжева подхода в первую очередь вызван исследованиями переноса радионуклидов в морской среде от потенциальных источников, расположенных на морском дне в акватории Арктики. Каждая частица радиоактивного вещества имеет свой набор характеристик (период полураспада, масса, энергия излучения и др.) и может преобразовываться в другие радиоактивные элементы в результате распада. На основе лагранжева подхода появляется возможность создать алгоритм, описывающий движение радионуклидов в морских течениях, оценить набор изменяющихся в ходе эксперимента характерстик частиц и учесть вероятные превращения одних частиц в другие в произвольные моменты времени.

Для решения поставленной задачи использовалась Модель Переноса Частиц, разработанная нашей группой. Дополнительно были созданы, отлажены и внедрены алгоритмы, реализующие взаимодействие частиц с землей, представлен алгоритм вмерзания и вытаивания частиц в лед/из льда (с задействования модели льда CICE), учтены процессы вертикального перемешивания водных масс, выделен класс тяжелых частиц, который имеет еще одну компоненту вертикальной скорости, непосредственно задающую скорость оседания.

В качестве потенциальных источников радиоактивного загрязнения были рассмотрены подводные лодки Б-159 и К-278 ("Комсомолец"). Численный эксперимент описывал движение 5000000 радионуклидов (Am-241 и Cs) в течение 3 лет с шагом по времени модели ИВМИО в 3 минуты на координатной сетке с разрешением 3600х400х49. Часть частиц стартовала с поверхности океана, часть - из придонной ячейки координатной сетки исходной модели. Также следует отметить, что время эмиссии варьировалось от 8 часов (выброс загрязнителя имел взрывной характер) до 3 лет (небольшие порции радионуклидов попадали в воду на протяжении всего эксперимента). Результаты, полученные в ходе эксперимента, можно найти по ссылке.