Влияние горизонтально-неоднородной подстилающей поверхности на структуру пограничного слоя атмосферы

• Автор: Безугловая, Надежда Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.01, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 136 с. : ил

1.1 Классификация моделей пограничного

слоя атмосферы.

1.1.1 Общая 3х мерная модель

Дирдорфа.

1.1.2 Частные прикладные модели пограничного

слоя атмосферы.

1.2 Модели горизонтальнооднородного

пограничного слоя атмосферы.

1.3Модели горизонтальнонеоднородного

пограничного слоя атмосферы.

1.4 Метод ВагераНадежиной для

решения задач горизонтальнонеоднородного слоя
атмосферы.
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНЫХ
ПРОФИЛЕЙ
2.1 Постановка задачи.
2.1.1 Приборы и методы измерения характеристик пограничного слоя
атмосферы,
2.1.2 Приборная база для аэрозольных
исследований .
2.1.3 Результаты экспериментальных
исследований
2.1.4 Климатическое описание исследуемого
2.2 Описание модели
2.2.1 Исходная система уравнений.
2.2.2 Исходная система уравнений для
стационарных течений.
2.2.3 Анализ уравнений исходной
системы уравнений.
2.2.4 Замыкание исходной системы
уравнений.
2.2.5 Учет граничных условий на нижнем и
верхнем уровнях
2.3. Численный метод решения уравнений пограничного слоя.
2.3.1 Выбор разностной схемы
2.3.2 Построение конечноразностных
уравнений.
2.3.3 Задание начальных
условий.
2.3.4 Решение системы уравнений горизонтальнонеоднородного пограничного слоя атмосферы.
2.4. Описание программы.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛЬНЫХ РАСЧЕТОВ ХАРАКТЕРИСТИК ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ ПО МЕТОДУ ВАГЕРА
НАДЕЖИНОЙ
3.1 .Структура пограничного слоя атмосферы в условиях динамической
трансформации
3.2.Структура пограничного слоя атмосферы в условиях изменения температуры и влажности подстилающей
поверхности
3.3 Определение уровней измерений
для подготовки экспериментов.
Заключение и выводы
Библиографический список.
Приложение 1
Приложение
Введение


Международная конференция Аэрозоли Сибири, Томск, г. VIII объединенный симпозиум Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы, Иркутск, июня г. Работа состоит из введения, трех глав, двух приложений и списка литературы из наименований. Полный объем диссертации страницы основного текста, рисунок, тексты 4 программ. ГЛАВА 1. В атмосфере самые резкие изменения ветра, температуры, влажности обычно локализованы вблизи поверхности земли. Поэтому область воздушных течений вблизи земной поверхности можно рассматривать как пограничный слой. Пограничный слой атмосферы можно определить как нижнюю часть атмосферы, в которой природа и свойства подстилающей поверхности оказывают непосредственное влияние на турбулентность 4. Принято считать, что в случае однородной подстилающей поверхности структура пограничного слоя атмосферы подобна двумерному турбулентному пограничному слою, в котором есть внешняя и внутренняя области. Во внешней области поток почти не зависит от характера подстилающей поверхности и определяется в основном скоростью свободного течения, в то время как во внутренней области, называемой также приземным подслоем, на поток существенно влияет характер подстилающей поверхности ,,,5,. Под влиянием динамического и теплового взаимодействия воздушного потока с подстилающей поверхностью формируется турбулентный пофаничный слой атмосферы 4,,. Источником турбулентной кинетической энергии в первую очередь является сдвиг ветра, возникающий при торможении потока вязкими напряжениями вблизи этой поверхности. Кроме того, радиационные притоки тепла, вызывающие разницу температур между поверхностью и воздухом, приводят к разностям плотности и возбуждают силы плавучести, которые тоже являются источником турбулентной энергии. Влажность воздуха, обусловленная испарением, действует в этом же направлении. Кроме этих поверхностных источников тепла на любом уровне в толще атмосферы конденсация влаги может освобождать скрытое тепло, а радиационные потокивызывать потепление или похолодание ,,. В последние десятилетия математическое и физическое моделирование пограничного слоя атмосферы получило бурное разностороннее развитие, однако, единой универсальной модели пока нет, а наиболее совершенные из них настоль ко сложны, что их применение практически невозможно 5,6,,,. Одна из самых сложных современных моделеймодель Дирдорфа. Подход к решению задачи расчета планетарного пограничного слоя отличается от большинства исследований, выполненных в этой области. Задачи пограничного слоя рассматриваются Дирдорфом в весьма общей форме. Степень обобщения позволяет проследить на модели, как происходит формирование планетарного пограничного слоя в условиях нестационарности, горизонтальной неоднородности, при наличии тепло и влагопередачи. Вообще говоря, в обсуждаемой модели можно учесть в той или иной форме все эффекты, которые представляются существенно влияющими на структуру течений в пограничном слое. Рассмотрение трехмерных полей метеорологических элементов значительно повышает информативность модели, поскольку такая постановка задачи полнее отражает реальную картину атмосферных процессов. Вместе с тем необходимость интегрировать сложные нелинейные уравнения в достаточно большом пространственном объме при соблюдении ограничений, накладываемых на шаг сетки, делает реализацию этой модели чрезвычайно трудоемким и дорогостоящим делом. В моделях Дирдорфа число точек достигаетигает значения XX в пространственной области гХхХу2Х5Х5км. Такое разрешение в вертикальном направлении не может быть признано достаточным при анализе задач микрометеорологии, условии формирования пограничного слоя атмосферы над поверхностью сложной структуры и других подобных вопросах. Между тем, для реализации модели Дирдорфу потребовалось весьма большое количество машинного времени на одной из самых современых ЭВМ. Для того, чтобы разобраться в причинноследственных связях сложной и громоздкой модели, необходимо большое число численных экспериментов с различными значениями входных параметров и детальное сравнение результатов.