Математическое моделирование синоптической циркуляции в открытом океане

• Автор: Неелов, Иван Александрович
• Шифр специальности: 11.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 138 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .

ГЛАВА I. Обзор основных экспериментальных и теоретических

работ по синоптической циркуляции океана .

I. Экспериментальные исследования синоптической

циркуляции в океане . .

2. Физическая интерпретация синоптических вихрей

ГЛАВА 2. Вихреразрешающие модели океана обзор . .

I. Численные эксперименты Холланда и Линя

2. Квазигеострофическая модель Холланда . .

3. Вихреразрешающая модель Робинсона, Харрисона,

Минтца и Сеытнера
4. Вихреразрешающая модель Д.Г.Сеидова .
ГЛАВА 3. Описание модели
а . л л
I. Системы основных уравнений .
2. Граничные условия . . .
3. Безразмерные уравнения .
4. Энергетические уравнения. .
5. Численная схема интегрирования уравнений модели .
6. Конечноразностные аналоги энергетических уравнений .
7. Программа.
ГЛАВА 4. Результаты имитации синоптической циркуляции
в модельном океане .
I. Численные эксперименты
2. Доступная потенциальная энергия модели
I .
ГЛАВА 5. Локальный прогноз течений синоптического масштаба . .
I. Исходная информация
2. Постановка задачи . .
3. Результаты имитации данных ПОЛИМОДЕ . III
Заключение
Библиография


На дне задаются компоненты экмановского напряжения трения и ставятся условия непротекания и отсутствие потока массы. Выводится уравнение эволюции свободной поверхности океана. Подробно обсуждаются условия периодичности гидродинамических полей по горизонтальным координатам, которые должны приближать циркуляцию в идеализированной, модельной области к циркуляции реального открытого океана. В 3 вводятся безразмерные уравнения модели. В 4 вводятся дифференциальные уравнения энергетического баланса, включающие уравнения кинетической энергии вихревого и среднего движения, уравнение для потенциальной энергии и уравнение для потенциальной энергии свободной поверхности океана. Обсуждается смысл каждого члена уравнений. В 5 третьей главы обсуждается численная схема интегрирования уравнений модели. Описывается преимущество боксметода для создания разностных схем, свободных от нелинейной неустойчивости. Вводится критерий, ограничивающий шаг по времени, который в рассматриваемом случае регламентируется скоростью распространения внутренних гравитационных волн. Приводятся конечноразностные уравнения модели и конечноразностные аналоги граничных условий. В 6 приводятся конечноразностные энергетические уравнения, полученные на основании конечноразностных уравнений движения и переноса массы. В 7 приводятся некоторые сведения о программном обеспечении модели и обсуждаются проблемы, связанные с реализацией модели на ЭВМ БЭСМ6. В главе 4 обсуждаются численные эксперименты. Подробно описывается выход решения на квазиравновесный режим. Обсуждаются причины, по которым невозможно достичь установления полной потенциальной энергии. Решения, полученные в результате экспериментов, иллюстрируются полями скорости в каждом из трех слоев модели. Дается анализ полей скорости. Подробно обсуждается энергетический баланс системы, рассчитанный по гидродинамическим полям, осредненным по широте и по времени. Иллюстрируется и объясняется факт долгопериодной изменчивости интенсивности вихревого поля. Приводятся энергетические диаграммы, описывающие обмен энергией между
различными ее видами и между слоями. В заключение главы вводится уравнение эволюции доступной потенциальной энергии модели и приводятся графики эволюции некоторых переходов энергии для пятиуровенного варианта модели в случае зонального осреднения гидродинамических полей. Глава 5 посвящена локальному прогнозу течений синоптического масштаба, или, точнее говоря, имитации натурных данных. Для имитации использовались ряды полей функции тока, рассчитанные по данным измерений скорости на буйковых постановках эксперимента ПОЛИМОДЕ. Задача формулировалась следующим образом По данным граничным и начальным условиям воспроизвести синоптические течения во всех точках области во все моменты времени. Начальные и граничные значения поля скорости рассчитывались по функции тока. Поле давления поле плотности и свободная поверхность также вычислялось по функции тока, что обеспечивало его полное геострофическое согласование с полем скорости. Расчеты, выполненные для четырех горизонтов, показали хорошее согласие рассчитанных и измеренных полей скорости на всех этапах численного эксперимента на срок около двух месяцев. Персональный вклад автора настоящей работы выразился в следующем. Принимал участие в постановке задачи о моделировании синоптической циркуляции открытого океана и разработке численной схемы совместно с Д. В.Чаликовым. Разработал алгоритмы и составил программу расчетов. Осуществлял отладку программы и испытание модели. Проводил численные эксперименты и анализ полученных результатов. Вывел энергетические уравнения модели для различных типов
осреднении в дифференциальной и конечноразностной форме. Разработал программы расчета членов энергетического баланса. ПОЛИМОДЕ совместно с Д. В.Чаликовым, М. Н.Котляковым и Ю. П.Граче
вым. Проводил расчеты и анализ результатов численного эксперимента по имитации данных ПОЛИМОДЕ. И.Г. Всесветского ЛНИВЦ АН СССР за неоценимую помощь в адаптации
банка данных ПОЛИМОДЕ на ЭВМ БЭСМ6, Д. В.Чаликова за руководство работой.