Доставка любой диссертации в формате PDF и WORD за 499 руб. на e-mail - 20 мин. 800 000 наименований диссертаций и авторефератов. Все авторефераты диссертаций - БЕСПЛАТНО
Романский, Станислав Олегович
05.13.18
Кандидатская
2013
Хабаровск
129 с. : ил.
Стоимость:
499 руб.
Содержание
Введение
1 Система уравнений, описывающая процессы, происходящие в
атмосфере
1.1 Вывод общей системы уравнений термодинамики атмосферы
1.2 Упрощение системы с учетом факторов, влияющих на мезомас-штабные процессы
1.3 Обзор существующих моделей динамики атмосферы
1.4 Численный расчет модели, описывающей атмосферные процессы
в ограниченной области
1.5 Заключение
2 Моделирование мезомасштабных вихревых движений воздуха
в атмосфере
2.1 Вихревые образования
2.2 Математическая постановка задачи о возникновении и развитии атмосферного мезомаштабного вихря
2.3 Численный метод решения систем, описывающих атмосферный мезомасштабный вихрь
2.4 Результаты численного моделирования
3 Практические приложения
3.1 Математическое моделирование общего балла облачности по территории ДВ РФ
3.2 Математическое моделирование шквалов по территории Забайкалья РФ
Заключение
Приложение А Тексты основных программных модулей
Введение
Проблема предсказания будущего состояния атмосферы является одной из важных задач в современном мире, прежде всего в связи с большим влиянием, которое погодные условия оказывают на экономическую деятельность и социальную жизнь общества.
При этом внимание необходимо уделить прогнозированию и описанию атмосферных явлений, которые могут привести к стихийным бедствиям и представляют опасность для населения, могут прямо или косвенно принести убытки экономике. К ним можно отнести локальные явления погоды такие, как смерчи (сильный локальный вихрь с почти вертикальной осью вращения), торнадо (сильный вихрь с почти вертикальной осью вращения со скоростями ветра 50-100 м/с, отличается исключительно большой повторяемостью), шквалы (резкое усиление ветра в течение короткого времени, сопровождающееся изменениями его направления, скорость ветра нередко превышает 20-30 м/с и имеет место вихревое движение воздуха с горизонтальной осью вращения) [1].
Основным методом исследования эволюции метеорологических параметров и прогнозирования полей метеоэлементов и погодных условий в настоящее время является математическое моделирование атмосферных процессов, с последующим численным решением системы дифференциальных уравнений в частных производных. Такая система должна учитывать обмен энергией между движениями различных пространственных масштабов, а также описывать физические процессы, влияющие на термодинамику атмосферы, в том числе учитывать взаимодействие атмосферы и подстилающей поверхности, поглощение и отражение солнечной радиации, фазовые переходы влаги.
На сегодняшний день существует большое количество моделей, описывающих разнообразные атмосферные процессы и отличающихся наличием или отсутствием учета определенных физических параметров. Первые шаги по созданию моделей общей циркуляции атмосферы на основе интегрирования системы термодинамики атмосферных процессов были сделаны Н. Е. Кочиным [2], разработавшим гидродинамическую теорию общей циркуляции атмосферы. Л. Ф. Ричардсон [3] впервые предложил использовать численные методы для решения системы уравнений термодинамики атмосферных процессов.
С появлением ЭВМ появились возможности для численного прогноза погоды, что неизбежно привело к необходимости разработки адекватных и эффективных методов численного решения системы уравнений гидротермодина-
мики атмосферы в общем и систем уравнений, записанных для конкретных атмосферных процессов, изучаемых в идеальном случае. Так например, Е. Н. Блинова [4] применила спектральные методы для решения модели общей циркуляции атмосферы. Д. Смагоринский [5] выписал уравнения модели общей циркуляции атмосферы в конечно-разностной форме и проводил вычисления при условии, что в начальный момент времени изотермическая атмосфера находится в состоянии покоя.
Большой вклад в изучение и развитие численных методов решения системы уравнений термодинамики атмосферы был сделан в работах Г. И. Марчука [6], им были предложены методы расщепления для расчета системы теромодина-мики атмосферы. Н. Н. Яненко [7] предложил метод дробных шагов, заключающийся в сведении сложной краевой задачи к последовательному решению краевых задач более простой структуры и позволяющий строить экономичные разностные схемы. Такие схемы приводят к замене исходной системы уравнений системой линейных алгебраических уравнений, имеющих ленточную структуру, что позволяет эффективно использовать для их решения ЭВМ. С. К. Годунов [8] разработал разностный метод численного расчета разрывных решений уравнений гидродинамики. Исследованию устойчивости разностных схем посвящен ряд работ А. А. Самарского [9].
С ростом производительности вычислительных средств в моделях прогноза погоды стали учитывать все больше различных факторов и появилась возможность уточнять прогноз по ограниченным территориям на основе прогноза производимого глобальными моделями. Уточнение прогноза по ограниченной территории выполняется с помощью региональных моделей с высоким пространственным и временным разрешением, что позволяет описывать локальные атмосферные процессы, такие как развитие конвективной облачности, возникновение шквалов и т. д. Моделирование этих явлений, как правило, осуществляется отдельными компонентами встроенными в модель, описывающими физику этих процессов. Возникновение и развитие локальных атмосферных явлений существенно зависит от физико-географических условий рассматриваемой территории. Поэтому численное моделирование локальных процессов всегда требует адаптации общих подходов к местным условиям.
Параллельно развиваются исследовательские модели, предназначенные для описания одного или нескольких близких атмосферных явлений. К таким исследовательским моделям можно отнести модели, описывающие такие процес-
г) Д) е)
Рисунок 1.4 — Прогностические значения температуры (а,г), давления (б,д) и модуля скорости ветра (в,е) в начальный момент
времени (а,б,в) и через 06 ч. (г,д,е)
Название работы | Автор | Дата защиты |
---|---|---|
Математическое моделирование ламинарного течения вязкой среды в каналах произвольной формы | Васильева, Елена Игоревна | 2013 |
Методы декомпозиции области для решения нестационарных задач увлажнения грунта | Захаров, Петр Егорович | 2013 |
Разработка и исследование автоматизированных технических и программных средств оценки показателей в системах менеджмента качества | Ивойлов, Павел Александрович | 2004 |