Влияние данных измерений содаров и температурных профилемеров на качество численного прогноза характеристик атмосферного пограничного слоя

• Автор: Смирнова, Мария Михайловна
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Содержание

Введение (часть автореферата)

Глава 1. Обзор исследований атмосферного пограничного слоя в контексте совместного использования измерений и моделей

1.1 Способы измерения характеристик атмосферного пограничного слоя (АПС)

1.2 Описание АПС в моделях

1.3 Обзор работ по совместному использованию данных наблюдений и моделей

1.3.1 Сравнение вертикальный профилей метеовеличин в АПС

1.3.2 Усвоение данных

Глава 2. Использование данных измерений в АПС для оценки его воспроизведения численной региональной моделью динамики атмосферы

2.1 Выбор параметров модели для расчетов

2.1.1 Методика оценки

2.1.2 Сравнение отдельной области и области с вложенными сетками
2.1.3 Сравнение различных параметризаций АПС
2.2 Сравнение температуры на различных уровнях
2.3 Сравнение ветра на различных уровнях
2.4 Воспроизведение стратификации
2.5 Зависимость ошибок от типа стратификации
Выводы из главы
Глава 3. Усвоение данных стандартных измерений
3.1 Система усвоения данных ЗУИГОА и характеристики расчетов
3.3 Анализ возможностей усвоения данных на примерах
3.3.1 Случай сильного мороза в Мурманской области
3.3.2 Пример прогноза поля приземного ветра в районе Японии
3.3.2 Уменьшение влияния изменения начальных данных в зависимости от заблаговременности
3.4 Уточнение начальных полей при усвоении данных стандартных измерений
3.5 Статистический анализ степени влияния усвоения данных на прогноз
Выводы из главы
Глава 4. Усвоение данных измерений профилей в АПС
4.1 Эксперименты по усвоению данных профилемеров МТП-
4.3 Эксперименты по моделированию усвоения профилей

Выводы из главы
Глава 5. Порывы ветра
5.1 Методы расчета порывов ветра
5.2 Результаты расчетов
5.2.1 Пример прогноза
5.2.3 Сравнение характеристик турбулентности
5.2.4 Сравнение методов с наблюдениями в г. Москва
5.2.5 Прогноз значительных порывов ветра
5.3 Оценка прогнозов порывов ветра на сети синоптических станций на Европейской
территории России
Выводы из главы
Заключение
Список литературы

Введение
(часть автореферата)
Актуальность работы
Атмосферный пограничный слой (АПС) является важнейшей, но все еще не достаточно изученной частью атмосферы. Благодаря экспериментальным исследованиям его характеристик возможно получить большое количество информации о его структуре, эволюции и свойствах. Одновременно с этим, много работ посвящено совершенствованию методов описания АПС в моделях динамики атмосферы, с целью, по возможности, описать все наблюдающиеся его особенности. Однако, часто совершенствование моделей и экспериментальное исследование АПС проводятся различными научными группами обособленно друг от друга. Данная работа направлена на восполнение этого разрыва.
При сопоставлении и совместном использовании моделей и наблюдений важно учитывать свойства измерений и особенности моделей. Каждый вид измерений имеет свои характерные особенности, которые следует учитывать при их использовании в моделях. Например, измерения на разной высоте могут проводиться с разной точностью. Или для определения одной и той же величины могут применяться разные ее определения, что приводит к разночтениям по измерениям разными приборами и разными исследователями, поэтому при сравнении нужно отчетливо понимать какая именно характеристика рассматривается. С другой стороны, измерения проводятся в точках, куда помещен измерительный прибор, а модельные данные представляют собой некоторое среднее по пространству расчетной сетки. Другой особенностью моделей является то, что ряд физических процессов в них не описывается явно, а параметризуется, например, в большинстве моделей динамики атмосферы турбулентные процессы в АПС. В таком случае ряд модельных характеристик не может быть измерен напрямую, не имеет прямого физического смысла, а служит для параметрического описания наблюдающихся закономерностей.
Использовать данные измерений в моделях можно несколькими способами.
Во-первых, данные измерений могут быть использованы для валидации моделей динамики атмосферы, в частности проверки адекватности природе описания АПС. Т.к. свойства АПС сильно зависят от свойств подстилающей поверхности, характеристик локального рельефа, то необходим контроль моделей в самых разных точках и типах местности. Большинство оценок качества модельных данных осуществляется для приземных характеристик или в свободной атмосфере, в то время как для понимания процессов, происходящих в АПС, и решения многих задач (например, задач связанных с распространением

Наибольший эффект оказывает усвоение самолетных и аэрологических измерений для прогнозов на 3-12 ч [Benjamin SG et al, 2010].
В статье [Soon-Young Park et al, 2010] исследуется влияние усвоения данных ветрового профилемера в Корее. Показывается его положительный эффект, больший по сравнению с усвоением радиозондов. Также исследуется влияние интервала усвоения в циклическом режиме, но наибольший эффект показан при использовании одночасового интервала. В этих задачах модель часто запускается в так называемом циклическом режиме (“cycling mode”, “rapid update cycle”) [Benjamin, S. G., and Coauthors, 2004]. Каждый час модель перезапускается на основе предыдущего прогноза с усвоением новых данных. Считается, что тогда содержится информация не только от последнего усвоения, но и от предыдущих усвоений. Показывается что ошибки прогноза после такого многократного усвоения меньше, чем от прогнозов, рассчитанных на тот же срок при одном (последнем) усвоении.
Данные измерений в АПС усваиваются для улучшения, в первую очередь, точности воспроизведения АПС. Последнее особенно критично, как уже неоднократно упоминалось, для моделей переноса примесей в атмосфере. Усвоение данных ветровых профилемеров в режиме “rapid update cycle” используется в Швецарии для метеорологической поддержки АЭС на случай возникновения чрезвычайных ситуаций [S. Calpini et а!, 2011].
В работе [Вельтищев Н. Ф., Жупанов В. Д., 2012] анализируются результаты экспериментов по циклическому усвоению данных радиолокаторов. Эффект близок к нейтральному: увеличивается число оправдавшихся прогнозов осадков, но параллельно увеличивается и число ложных тревог.
Если приборы еще не установлены, то их потенциальный вклад можно оценить с помощью экспериментов OSSE (Observing system simulation experiment). Для их проведения используется следующая методика:
• Генерация эталонного состояния атмосферы для всего периода OSSE (nature run).