Численное моделирование крупномасштабных динамических процессов в атмосферах Земли и Венеры

• Автор: Орлов, Константин Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 121 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Численное решение уравнений газовой динамики с использованием явной монотонной гибридной схемы

1.1 Гибридная схема на регулярной сетке для однокомпонентного газа . .

1.2 Гибридная схема на нерегулярной сетке для однокомпонентного газа

1.3 Система уравнений динамики смеси воздуха и водяного пара при наличии аэрозолей из воды и льда и фазовых переходов, а также схема е численного решения.

1.4 Построение пространственных сеток в околопланетном пространстве

1.4.1 Регулярная сетка в сферических координатах

1.4.2 Нерегулярная сетка, построенная с использованием триангуляции сферы

1.5 Заключение к главе 1

Глава 2 Численное моделирование формирования полярных циклонов .

2.1 Описание модели.
2.1.1 Граничные условия.
2.1.2 Начальные условия.
2.2 Результаты моделирования
2.3 Сравнение результатов моделирования с данными наблюдений
2.4 Заключение к главе 2
Глава 3 Исследование общей циркуляции атмосферы Венеры с помощью численного моделирования.
3.1 Описание модели.
3.1.1 Упрощенное описание нагрева атмосферы солнечным и ИКизлучением
3.1.2 Начальные и граничные условия.
3.2 Результаты моделирования
3.3 Сравнение результатов моделирования с данными наблюдений
3.4 Заключение к главе 3
Глава 4 Реализация использованных в работе моделей на видеокартах VII с использованием технологии А.
4.1 Введение к главе 4
4.2 Особенности реализации
4.3 Заключение к главе 4
Заключение.
Литература


При помощи упомянутых выше вариантов модели провести численное моделирование процесса установления общей циркуляции атмосферы Венеры для различных начальных условий и для различных вариантов упрощенного способа расчета нагрева-охлаждения атмосферы за счет поглощения-испускания электромагнитного излучения, а также исследовать закономерности этого процесса и особенности установившейся общей циркуляции. Результаты численного моделирования, которые показали, что развитие описанных выше возмущений приводит за - часов к образованию циклонических вихрей, имеющих горизонтальные размеры 0 км или более и скорость ветра, достигающую значений - м/с. Также эти результаты показали, что на перемещение центра циклонического вихря влияет распределение горизонтальной составляющей ветра к северу и югу от фронта в начальный момент. В результате обоснован один из механизмов образования полярных циклонов. Программные реализации модели общей циркуляции атмосферы Венеры, основанной на численном решении полной системы уравнений движения вязкого сжимаемого газа на регулярной пространственной сетке в сферических координатах и на. Программные реализации модели позволяют осуществлять расчеты с использованием параллельных вычислений на многопроцессорных компьютерах с общей памятью и на графических ускорителях компании КУШІА. Результаты численного моделирования процесса установления общей циркуляции атмосферы Венеры с использованием релаксационного приближения для расчета нагрева-охлаждения атмосферы за счет поглощения-испускания электромагнитного излучения при слабой и при сильной суперротации атмосферы в начальный момент, которые показали, что при достаточно больших скоростях нагрева атмосферы излучением на дневной стороне и достаточно больших скоростях выхолаживания на ночной стороне на высотах - км возникает термический прилив, энергия и импульс которого передаются зональной суперротации атмосферы, а также формируются приполюсные вихри на ночной стороне вблизи утреннего терминатора. Эти вихри возникают в результате взаимодействия суперротации и меридионального переноса через полярную область с дневной стороны на ночную. Результаты моделирования по размерам и времени образования полярных циклонов хорошо согласуются с данными наблюдений. В результате обоснован механизм образования полярных циклонов. Ранее проводилось численное моделирование только эволюции и движения полярных циклонов при помощи региональных моделей прогноза погоды, использующих приближение гидростатики. Причем в начальных данных уже задавался сформировавшийся полярный циклон. Впервые созданы программные реализации модели общей циркуляции атмосферы Венеры, основанные на численном решении полной системы уравнений движения вязкого сжимаемого газа как на регулярной пространственной сетке в сферических координатах, так и на нерегулярной пространственной сетке, построенной с использованием треугольной сетки на поверхности сферы. Программные реализации модели используют параллельные вычисления на многопроцессорных компьютерах с общей памятью и на графических ускорителях компании МУГОГА. Впервые при помощи численного моделирования получена суперротация атмосферы Венеры в широком интервале высот протяженностью более км. Ранее была получена суперротация в интервале высот протяженностью не более км. Впервые при помощи численного моделирования получено формирование приполюсных вихрей в атмосфере Венеры и исследован физический механизм их образования. Ранее при моделировании получить эти вихри не удавалось. Практическая ценность. Результаты проведенного в данной работе численного моделирования показали, что возникновение искривленных участков арктического фронта, отклоняющихся от остальной части фронта на север или на юг, является предвестником образования полярных циклонов. Обнаружение таких искривленных участков арктического фронта при помощи спутниковых наблюдений является сигналом, что высока вероятность образования в течение - часов полярного циклона. При этом по направлению отклонения (на север или на юг) искривленного участка фронта можно предсказать район возникновения полярного циклона. При наличии информации о зональной компоненте ветра к северу и югу от фронта можно предсказать движение возникшего полярного циклона в течение суток после образования.