Моделирование динамики атмосферного пограничного слоя при холодных вторжениях в прикромочной зоне морских льдов в Арктике

• Автор: Чечин, Дмитрий Геннадьевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Современное состояние исследований динамики атмосферного пограничного слоя во время холодных вторжений в Арктике и при натекании холодного воздуха на полыньи
1.1. Динамика АПС в районе кромки льда и прикромочпой зоны
во время холодных вторжений
1.2. Динамика АПС над полыньями
1.3. Задачи исследования
1.4. Актуальность и научная новизна работы
1.5. Выводы к первой главе
Глава 2. Методика исследований - идеализированное мезомас-штабное численное моделирование
2.1. Выбор и обоснование метода исследований
2.2. Трехмерная негидростатическая модель N1130
2.3. Методика численных экспериментов с ПНЗБ
2.4. Интегральная эйлерова модель атмосферного пограничного слоя
2.5. Выводы ко второй главе
Глава 3. Пространственная изменчивость метеорологических полей во время холодных вторжений
3.1. Верификация модели ИНЗБ и основной эксперимент
3.2. Пространственная изменчивость модуля скорости ветра
3.3. Чувствительность характеристик ледового бриза к внешним
параметрам
3.4. Выводы к третьей главе

Глава 4. Влияние пространственного разрешения на характеристики струйного течения ледового бриза и моделирование
натекания холодного воздуха на полыньи
4.1. Влияние пространственного разрешения на моделируемый энергообмен атмосферы и океана во время холодных вторжений и амплитуду струйного течения ледового бриза
4.2. Моделирование натекания холодного воздуха на полынью
4.3. Выводы к четвертой главе
Заключение
Литература
Приложение А. Интегральная модель перемешанного АГ1С . 165 Приложение В. Сравнение с реузльтатами модели METRAS

Введение
Актуальность работы
В последние десятилетия в Арктике наблюдается повышение приземной температуры воздуха, существенно превосходящее соответствующие тренды осредненной по всему земному шару приземной температуры [130]. Кроме того, в Арктике по данным наблюдений зафиксировано стремительное сокращение площади ледяного покрова, выразившееся в ее рекордно низких значениях в сентябре в 2007-м и 2012-м годах [135]. Дальнейшее потепление климата Арктики и сокращение площади ледяного покрова прогнозируется в 21-ом столетии на основе результатов многих численных моделей климата [1, 82, 148].
Последствия изменений климата Арктики могут иметь ключевое значение для глобального климата и климата соседних с Арктикой регионов. Влияние Арктики на глобальный климат осуществляется посредством различных механизмов, таких как, например, действие положительной «альбед-ной»обратной связи [76], или изменение интенсивности глубокой конвекции в Северной Атлантике [53]. Климатические изменения в Арктике не менее важны и для хозяйства России и других граничащих с Арктикой стран. С потеплением в Арктике связывают перспективы развития навигации вдоль Северного морского пути и разработки шельфовых месторождений нефти и газа.
Однако оценки будущих изменений климата Арктики отличаются большой неопределенностью [82], препятствующей решению многих фундаментальных и практических задач. Именно в Арктике отмечается наибольшее расхождение между результатами как глобальных, так и региональных климатических моделей с данными наблюдений [39, 82, 139]. Расхождения в особенности велики в районах прикромочной зоны морского льда, где они дости-
время ХВ [35].
В настоящее время для исследования ХВ применяются модели различной степени дискретизации. Это связано с тем, что ХВ представляют собой мультимасштабный феномен. Во время ХВ сосуществуют движения различных масштабов: от мелкомасштабной турбулентности (характерный масштаб Ь порядка 0.1 - 10 м) до крупномасштабной трансформации адвецируемой воздушной массы (Ь порядка нескольких сотен километров [69]). Обзор литературы показал, что, в соответствии с имеющимися данными, характерный масштаб СТЛБ составляет примерно 100-200 км. Из этого следует, что для воспроизведения СТЛБ достаточно горизонтального шага сетки порядка 10 км и менее. Такому требованию к разрешению удовлетворяют используемые для воспроизведения ХВ вихреразрешающие ( Ах — 1 — 100 м), облакоразрешающие ( Ах — 500 м) и мезомасштабные модели ( Ах = 1 — 5 км).
Вихреразрешающие модели предполагают наиболее реалистичное описание физических процессов, так как явно воспроизводят крупные энергонесущие турбулентные вихри [22]. Модели этого класса использовались для воспроизведения ХВ в работах Шретера и др. [129], Этлинга и др. [57], Гришки и др. [67]. Облакоразрешающие модели воспроизводят явно лишь крупные конвективные структуры в АПС, такие как ролики и облачные улицы. Эти модели применялись для воспроизведения ХВ в работах Харрингтона и Олльсона [72], Лю и др. (90, 91], Маесаки и др. [97]. Несмотря на успешное применение вихре- и облакоразрешающих моделей, их использование до сих пор требует значительных вычислительных ресурсов, что делает невозможным проведение многочисленных экспериментов, необходимых для решения задач данной работы.
Использование мезомасштабных моделей предоставляет возможность проведения большого количества численных экспериментов, что наиболее опти-