Численное моделирование влияния дымовых аэрозолей от лесных пожаров на процессы в атмосфере

• Автор: Дубровская, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Мезомасштабная модель конвективного пограничного слоя

атмосферы
Введение.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Граничные и начальные условия.

1.3. Турбулентное замыкание

1.4. Модель переноса влаги и параметризация микрофизических процессов

1.5. Конечноразностная аппроксимация и метод решения

Глава 2. Исследование воздействия дымового аэрозоля на процессы облако

и осадкообразования с помощью модели АПС.
Введение.
2.1. Постановка начальнокраевых условий для модели динамики конвективного пограничного слоя при наличии пожара как теплового источника и источника эмиссии дымового аэрозоля
2.2.Влияние стратификации атмосферы на высоту подъема аэрозольного облака. Численные эксперименты и результаты расчетов.
2.2.1. Численный эксперимент по распространению
концентрации дымового аэрозоля над зоной пожара при штилевых условиях
2.2.2. Численный эксперимент по распространению
концентрации дымового аэрозоля над зоной пожара при задании внешнего ветра.
2.2.3. Численный эксперимент по распространению
концентрации дымового аэрозоля над зоной пожара при различных значениях начального поля влажности
2.3. Воздействие крупнодисперсного дымового аэрозоля на процессы осадкообразования. Численные эксперименты и результаты расчетов.
2.4. Влияние массовых лесных пожаров на циклонические процессы.
2.5. Основные результаты главы 2
Глава 3. Моделирование дальнего переноса дымовых аэрозолей от массовых лесных пожаров
Введение
3.1. Оценка концентрации С по данным о сгоревшей биомассе
3.2. Вычисление распространения аэрозоля с помощью обратных траекторий.
3.3. Усвоение данных при восстановлении концентрации дымовых аэрозолей
3.4. Численные эксперименты.
3.5. Программный инструментарий для реализации алгоритма восстановления значений концентрации газовых составляющих
3.6. Основные результаты главы 3
Заключение
Литература


Количество содержащихся в тропосфере некоторых газовых примесей, а именно углекислого газа (СО2), закиси азота (N), метана (СН4), озона () и хлорвтороуглеводородов, возрастает. Эти газы практически прозрачны для поступающей солнечной коротковолновой радиации, но поглощают и испускают длинноволновое излучение и, таким образом, могут оказывать влияние на климат Земли. Концентрация углекислого газа, который является вторым после Н по значимости парниковым газом атмосферы, в течение последних десятилетий растет со скоростью 0,7 ppm в год. Фоновое содержание двуокиси углерода у поверхности Земли по разным оценкам составляет 4-6 ppm [5]. В городских районах содержание С может достигать 0 ppm. Естественный источник образования диоксида углерода -растения, океан, вулканические выбросы, лесные пожары. С в атмосфере, что может привести к изменению глобального климата, поэтому прогноз будущих концентраций углекислого газа является важной задачей [5]. Большой интерес к анализу процессов, определяющих влияние аэрозоля и облаков на климат, вызван высоким уровнем неопределенности оценок прямого и косвенного их воздействия. Эти неопределенности связаны с процессами сложного взаимодействия между аэрозолем и облаками, зависящими от микроструктуры, химического состава и типа облаков, а также изменений свойств частиц аэрозоля, возникающих при взаимодействии с облачными каплями внутри облаков. Процесс взаимодействия между аэрозолем и облаками проявляется двояко. С одной стороны, частицы аэрозоля функционируют, как облачные ядра конденсации. С другой стороны, наблюдается обратное воздействие облаков на аэрозоль, которое приводит к изменению счетной концентрации, микроструктур и химическому составу аэрозоля. Изменения свойств частиц аэрозоля возникают в процессе коагуляции облачных капель, когда наблюдается рост облакоз за счет добавления вещества при окислении некоторых малых газовых компонент в жидкой фазе (каплях), а так же путем изменения концентрации аэрозоля в атмосфере за счет вымывания аэрозольных частиц [6]. Изучение различных свойств дымовых аэрозолей (дисперсных продуктов сгорания лесных горючих материалов (ЛГМ)) представляет интерес для совершенствования моделей лесных пожаров, дымовых шлейфов, переноса продуктов горения, развития оптических и радиационных методов обнаружения и мониторинга очагов пожаров. Следует отметить, что вопросы создания необходимых для отмеченных задач микрофизических моделей дымовых аэрозолей, описывающих их влияние на формирование облако-, осадкообразования и циркуляции воздушных масс при лесных пожарах для средних и высоких широт, исследовано недостаточно. Что касается влияния лесных пожаров на процессы облако - и осадкообразования, то в условия Сибири они заметно отличаются от влияния пожаров в тропиках. Так, если в амазонских лесах пожары инициируют ливневые осадки [7], то в Сибири при лесных пожарах в отдельных случаях над зоной горения может возникать кучевое облако, как правило, не дающее осадков. Кроме того, анализ большого количества спутниковых фотографий облачности показывает, что на территории азиатской части России над зоной массовых пожаров осадки не выпадают [8]. В отдельных случаях ясная погода имеет место лишь над территорией, занятой дымовыми шлейфами от массовых лесных пожаров, что свидетельствует о существовании механизма подавления процессов облако - и осадкообразования под влиянием дымового аэрозоля. Очевидно, что в жаркие и засушливые годы вероятность природных пожаров существенно возрастает. Очень сложно проследить цепочку изменений в ландшафте, природе и климате, происходящих под влиянием лесных пожаров. Например, если рассматривать климатические изменения на образовавшихся гарях, то условия водного и радиационного обмена между почвой и атмосферой существенно меняются. Корневая система деревьев перестаёт поднимать влагу к поверхности земли и в хвою деревьев, из-за чего количество пара, поступающего в атмосферу, уменьшается. Кроме того, из-за большего поглощения солнечной радиации температура почвы выше, чем внутри лесного массива, что приводит к дополнительному её иссушению.