HYSTERESIS MODEL OF MOISTURE EXCHANGE IN THE UNDERLYING SURFACE
Authors: Ряжских В.И. , Холмуродов Ж.Б. , Ножкин В.С. , Канищева О.И. 
Published: November 2022

Динамика влагосодержания в подстилающей поверхности и атмосфере играет ключевую роль в моделях атмосферных процессов и явлений. В частности, процессы генезиса внутримассовой облачности, туманов испарения, дымок и др. напрямую связаны с влагосодержанием почвы и атмосферной влажностью. Кроме того, с учетом существенного вклада влагосодержания на энергетику атмосферы указанный параметр является ключевым фактором в формировании мезо- и микромасштабных движений воздушных масс. Наконец, атмосферное и связанное с ним влагосодержание почвы вместе с барическим и температурным полем фактически определяют наличие (отсутствие) таких опасных природных явлений, как ливни, грозы, обледенение и др. В этой связи совершенствование моделей динамики влагосодержания подстилающей поверхности представляется важной и интересной задачей. Предлагается новая модель, описывающая динамику влагосодержания в почве, основанная на гистерезисной связи между удельным содержанием влаги в почве и матричным потенциалом. Указанная модель формализуется посредством системы дифференциальных и алгебраических уравнений. При этом в качестве модели гистерезисных связей используется преобразователь Прейсаха - модель континуальной системы неидеальных реле, соединенных параллельно. Полученные результаты в рамках вычислительного эксперимента - динамика влагосодержания в течение конечного временного промежутка - сравниваются с реальными данными на примере территорий, расположенных в южной части России и Узбекистана

The dynamics of moisture content in the underlying surface and the atmosphere plays a key role in models of atmospheric processes and phenomena. In particular, the processes of the genesis of intramass clouds, evaporation fogs, smoke, etc. are directly related to soil moisture content and atmospheric humidity. In addition, taking into account the significant contribution of moisture content to the energy of the atmosphere, this parameter is a key factor in the formation of meso and microscale movements of air masses. Finally, the atmospheric and related soil moisture content, together with the baric and temperature fields, actually determine the presence (absence) of such natural hazards as showers, thunderstorms, icing, etc. In this regard, the improvement of models of the dynamics of the moisture content of the underlying surface seems important and interesting task. The paper proposes a new model that describes the dynamics of moisture content in the soil, based on the hysteresis relationship between the specific moisture content in the soil and the matrix potential. This model is formalized by means of a system of differential and algebraic equations. In this case, the Preisach converter is used as a model of hysteresis connections - a model of a continuum system of non-ideal relays connected in parallel. The results obtained within the framework of a computational experiment - the dynamics of moisture content over a finite time period are compared with real data on the example of territories located in the southern part of Russia and Uzbekistan