Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия

• Автор: Дианский, Николай Ардальянович
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 260 с. : ил.

1 Описание сг-модели общей циркуляции океана ИВМ РАН и принципов
ее численной реализации
1.1 Введение
1.2 Развитие сигма-модели циркуляции океана ИВМ РАН как составной части
модели климатической системы
1.3 Формулировка задачи моделирования циркуляции океана
1.3.1 Уравнения термогидродинамики океана в ст-системе координат
1.3.2 Интегральные законы сохранения
1.4 Основные принципы и особенности численной реализации сигма-модели
общей циркуляции океана
1.4.1 Метод расщепления как методологическая основа построения численной модели циркуляции океана
1.4.2 Особенности разностной аппроксимации
1.4.3 Методика интегрирования по времени уравнений крупномасштабной циркуляции океана
1.5 Выводы
2 Воспроизведение циркуляции Мирового океана и исследование ее чувствительности к вариациям напряжения трения ветра
2.1 Введение
2.2 Модель глобального океана
2.3 Условия на поверхности океана и описание экспериментов
2.4 Основные характеристики среднегодового состояния глобального океана
рассчитанные по модели с атмосферным воздействием из данных ІМСЕР
2.5 Чувствительность характеристик модельной циркуляции океана к изменениям напряжения трения ветра
2.6 Выводы
3 Воспроизведение современного климата с помощью совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана: характеристики океана
3.1 Введение
3.2 Совместная модель общей циркуляции атмосферы и океана ИВМ РАН
3.2.1 Методика проведения экспериментов
3.3 Климатические характеристики на поверхности океана
3.4 Интегральные климатические характеристики циркуляции океана
3.5 Воспроизведение характеристик совместной крупномасштабной изменчивости атмосферы и океана

3.5.1 Арктическая осцилляция и Северо-Атлантическое колебание
3.5.2 Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК)
3.6 Выводы
4 Изучение короткопериодного отклика верхнего слоя океана на атмосферное воздействие в средних широтах
4.1 Введение
4.2 Метод исследования и используемые данные
4.2.1 Совместная модель атмосферы и верхнего слоя океана
4.3 Времени'ые связи и пространственные формы совместных мод аномалий высоты изобарической поверхности 500мб и температуры поверхности океана зимой в Северной Атлантике
4.4 Изменение связанных пространственных структур аномалий Н500 и ТПО
в зависимости от временного масштаба
4.5 Выводы
5 Изучение отклика океана на изменения климата в XXI столетии с помощью совместной модели общей циркуляции атмосферы и океана
5.1 Введение
5.2 Методика проведения численных экспериментов с совместной моделью по прогнозу изменений климата
5.3 Изменения характеристик на поверхности океана и суши
5.4 Отклик в интегральных характеристиках циркуляции океана
5.5 Выводы
6 Моделирование муссонной циркуляции Индийского океана с высоким пространственным разрешением
6.1 Введение
6.2 Вихреразрешающая модель циркуляции Индийского океана
6.3 Муссонный режим течений Индийского океана
6.3.1 Зимние и летние муссонные течения
6.3.2 Сомалийское Течение
6.3.3 Система экваториальных течений
6.4 Подповерхностные экваториальные противотечения
6.5 Течения Бенгальского залива
6.6 Квазистационарные вихревые образования
6.7 Выводы
Заключение
Приложения
А Методики расчета атмосферного воздействия для модели океана и модель эволюции морского льда
А.1 Расчет потоков тепла, соли и импульса на поверхности океана
A.2 Модель эволюции морского льда, соединенная с сигма-моделью циркуляции океана
В Модель общей циркуляции атмосферы ИВМ РАН
B.1 Уравнения гидротермодинамики
В.2 Пограничный слой атмосферы
В.З Гравитационно-волновое сопротивление
В.3.1 Неорографическое гравитационно-волновое сопротивление
В.3.2 Орографическое гравитационно-волновое сопротивление
В.4 Конвекция, конденсация и осадки
В.4.1 Конвективное согласование
В.4.2 Глубокая конвекция
В.4.3 Мелкая конвекция
В.4.4 Крупномасштабные конденсация и осадки
В.5 Радиационный перенос
В.5.1 Тепловое излучение
B.5.2 Солнечное нагревание
B.6 Взаимодействие атмосферы с деятельным слоем суши и криосферой
С Модель верхнего деятельного слоя океана
C.1 Балансовая локальная модель верхнего деятельного слоя океана
С.2 Горизонтальная адвекция
С.З Моделирование эволюции термохалинной структуры верхнего слоя океана
на океанской станции погоды Charlie
C.3.1 Воспроизведение годового хода характеристик верхнего слоя океана
С.3.2 Воспроизведение синоптических аномалий температуры в верхнем
слое океана с помощью метода многолетнего моделирования
С.4 Результаты моделирования внутрисезонной эволюции верхнего слоя океана зимой в Северной Атлантике
Литература

Глава 1. Описание а-модели общей циркуляции океана ИВМ РАН.

функций тока на островах:
+ <•)) с + С) = ^зд(Я) + <1>Ч (1.97)
Здесь введены следующие обозначения. Вектор, состоящий из значений функций тока на островах с-?+1 = {с|+1}, векторы, соответствующие контурным интегралам, связанным с лапласианом, якобианом и оператором ротора от и = (и, г)) имеют вид:
*№ = <гг}, «л/,.*) = {£ ЛГ}, 8Л(/) = {£/<гг}. (1.98)
Матрицы С и С определяются соотношениями:
с = {вД&)}, С = {8Д^. А)} (1-99)
Правая часть ф)+1 равна:
ч^+1 = (1ло°)
Система (1.9Т) решается в модели методом Гаусса.
После решения полной задачи для функции тока, рассчитываются баротропные скорости согласно (1.91).
После решения всей цепочки задач (1.64)—(1.100) решением исходной задачи в момент времени ^+1 объявляются функции
&+1, ^+ и>+1 ==и>+1 -Ь-и'**1, у*+1 = гР+1+г/*+1. (1.101)
Таким образом, полностью описан метод решения по времени задачи крупномасштабной циркуляции океана и приведена общая схема его реализации.
Представленный в этой главе метод расщепления, используемый для решения задачи общей циркуляции океана, можно рассматривать более широко - как модульный принцип построения модели. На его основе можно создавать численную модель сложного более сложного физического процесса, например можно обогатить исходную модель за счет включения дополнительных этапов расщепления в цепочку (1.64)-(1.72) или (1.75)-(1.80) для повышения порядка аппроксимации по времени, например одним из способов, описанных в [74]). Можно изменить исходную модель, упростив в исследовательских целях исходную задачу, решая только необходимые блоки. Можно изменить задачу на отдельном этапе.
1.5 Выводы
1. В первой главе представлены базовые уравнения и принципы их численного решения, лежащие в основе а-модели циркуляции океана. Главная цель, поставленная автором при