Конечно-разностное моделирование крупномасштабной динамики атмосферы

• Автор: Фоменко, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 04.00.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Содержание
Введение

ГЛАВА 1. Математическая формулировка моделей крупномасштабной динамики атмосферы

1.1. Основные уравнения .

1.2. Интегральные инварианты системы

1.3. Пространственно разностная аппроксимация

1.4. Схема интегрирования по времени

1.5. Параметризация физических процессов подсеточных масштабов

1.6. Усвоение граничных условий в региональной модели атмосферы .

ГЛАВА 2. Инициализация метеоданных

2.1. Проектирование уравнений на пространство вертикальных мод

Содержание.
2.2. Проектирование на пространство горизонтальных нормальных мод.
2.3. Нелинейная инициализация по нормальным модам .
2.4. Численные эксперименты
ГЛАВА 3. Численный прогноз метеоэлементов для Сибирского региона
3.1. Развитие численного прогноза в Сибири .
3.2. Региональная модель численного прогноза метеоэлементов .
3.3. Результаты оперативных испытаний численных прогнозов
ГЛАВА 4. Математическое моделирование атмосферной циркуляции и климата
4.1. О реакции атмосферы на увлажненность континентов .
Содержание
4.2. Численное изучение реакции атмосферы к аномалии температуры поверхности Тихого океана в период начальной стадии Эль Ниньо гг.
4.3. М оде лир ов ание глобальной циркуляции атмосферы и климата
4.4. Математическое моделирование регионального климата Сибири .
Заключение
Литература


Во второй главе изложен метод нелинейной инициализации по нормальным модам, получивший в настоящее время, пожалуй, наибольшее распространение при начальном согласовании гидротермодинамических полей. Идея метода основана на факте, что для достаточно больших эквивалентных глубин собственные функции линеаризованных уравнений мелкой воды разделимы в терминах их собственных частот. Далее производится обратная процедура перехода к физическому пространству. Использование данной процедуры в режиме нелинейных итераций позволяет построить алгоритм, сохраняющий амплитуды медленных волн Россби и подавляющий быстрые гравитационные волны на начальном этапе интегрирования. Данная процедура является составной частью оперативной технологической линии краткосрочного прогноза для Сибирского региона и используется для начального согласования полей метеоэлементов. Он действительно позволяет при незначительной коррекции исходных полей добиться подавления высокочастотных гармоник. Третья глава посвящена описанию технологической линии краткосрочного гидродинамического прогноза погоды для Сибирского региона. В основу технологической линии положены оперативный вариант двумерного одноэлементного объективного анализа шлей метеоэлементов, основанный на методе оптимальной интерполяции, начальное согласование полей метеоэлементов на основе метода нелинейной инициализации по нормальным модам, изложенного во второй главе, и собственно региональная конечно разностная модель динамики атмосферы, описанная в первой главе. Модель имеет пространственное разрешение 1. Приведено сравнение результатов расчетов по разработанной технологической линии Регион с результатами расчетов по оперативно действовавшей до года Диабат. Показано значительное преимущество новой технологии по сравнению с действовавшей. С года новая технология используется в ЗапСибГидромете в качестве основной для расчета оперативных численных прогнозов погоды. В четвертой главе представлены результаты численного моделирования общей и региональной циркуляции атмосферы, полученные на основе различных математических моделей, как на основе моделей, изложенных в первой главе, так и на основе моделей, предшествовавших их созданию и явившихся в некотором смысле базой для построения окончательного более совершенного варианта. Приведены результаты исследований численного моделирования реакции атмосферы на увлажненность континентов. Показано, что даже региональное изменение характеристик подстилающей поверхности в конечном счете имеет глобальную реакцию. Те же выводы можно сделать анализируя результаты моделирования реакции атмосферы к аномалии Тихого Океана в период Эль Ниньо. В последнем параграфе представлены результаты математического моделирования регионального климата Сибири на основе комплекса взаимодействующих глобальной и региональной моделей, описанных в первой главе. Помимо этого, приведенная в данном параграфе усовершенствованная схема параметризации взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью дала возможность воспроизведения ряда характеристик, которые не рассчитывались прежде, таких как температура и влагосодержание почвы, сток влаги и фильтрация влаги в почву. Благодарности. Считаю своим долгом выразить искреннюю признательность В. Н. Крупчатникову за многолетнее, плодотворное сотрудничество, своему учителю В. П. Дымникову, работа под чьим руководством много лет назад до сих пор помогает мне в повседневной научной деятельности, а также В. И. Кузину, В. В. Пененко, . . Протасову за полезные дискуссии и обсуждение работы. Особая признательность коллективам Сибирского научно исследовательского гидрометеорологического института под руководством П. Ю. Пушистова, а затем В. М. Топорова, Западно Сибирского управления по гидрометеорологии и мониторингу природной среды под руководством В. И. Зиненко, Регионального вычислительного центра ЗапСибУГМС под началом И. В. Колотовкина. В стенах их здания и при их непосредственной поддержке выполнена большая часть работы. Огромная благодарность сотрудникам Отдела гидродинамических методов прогнозов погоды СибНИГМИ В. К. Маеву, М. В. Виноградовой, I. . Каминской, З.