Моделирование переноса растворенного метана океаническими течениями

• Автор: Малахова, Валентина Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 190 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Моделирование глобальных процессов динамики

океана.

1.1 Линеаризованная постановка задачи гидротермодинамики океана

1.2 Метод выделения баротроп ной составляющей вектора скорости.

1.2.1 Вывод уравнений для полных потоков и интегральной функции тока.

1.2.2 Определение градиентов давления и уровня.

Пространственная аппроксимация уравнений модели

1 .1 Неравномерная сетка по вертикали

1.3.2 Аппроксимация уравнения для функции тока.

1.3.3 Дискретизация уравнений переноса тепла, соли и растворенного метана
1.4. Исключение схемной вязкости на последовательности вложенных сеток
1.4.1 Экстраполяция Ричардсона на неравномерной сетке
1.4.2 Экстраполяция Ричардсона в задачах адвективного переноса.
Глава 2. Эксперименты по численному моделированию
термохалинной циркуляции Мирового океана.
2.1 Построение расчетной области, включающей Северный Ледовитый океан
2.2 Постановка численных экспериментов в приближении плоского дна
2.2.1 Проблема теплового тренда
2.2.2 Установившееся решение задачи о климате океана. Роль ветрового воздействия.
2.3 Моделирование климата океана с учтом рельефа дна.
2.3.1 Чувствительность модели к вертикальному разрешению.
2.3.2 Климатическая изменчивость океана
2.3.3 Параметризации турбулентной вязкости.
2.3.4 Формирование североатлантических глубинных вод океана
Глава 3. Численное моделирование переноса метана
океаническими течениями на основе модели
термогидродинамики океана
3.1 Метангндраты в породах дна морей и океанов.
3.2 Реакция океана на потепление и похолодание поверхностных вод
3.3 Моделирование переноса растворнного метана океанскими течениями от источников в виде газогидратов, контактирующих с водой
3.4 Модель возможной дестабилизации поддонных метангндратов под действием климатических изменений.
3.5 Учет зависимости глубины залегания метангндратов от пористости осадочного
3.6 Учет скорости разложения метангндратов
Заключение
Литература


Распределение растворенного метана получено из трехмерной модели динамики Мирового океана, дополненной адвективно-диффузионным уравнением переноса метана. Заданные на поверхности значения концентраций метана изменяются зонально от ppb в южных высокоширотных областях океана до 0 ppb в северных высокоширотных областях. На втором этапе моделируется процесс дестабилизации газогидратов метана. Предполагается, что метангидраты существуют в осадочном слое на дне и материковом склоне всюду, где выполняются термобарические условия их существования. Как только потепление от поверхности океана достигает глубины залегания метангидратов и увеличивает их температуру на определенную величину - допуск, начинается дестабилизация метангидратов. В дальнейшем исследуется перенос растворенного метана океаническими течениями в акватории Мирового океана от разлагающихся поддонных метангидратов и рассчитывается поток метана в атмосферу при различных сценариях атмосферных климатических изменений. Построенная трехмерная численная модель гидротермодинамики Мирового океана, дополненная уравнением переноса метана и осадочным донным слоем достаточно экономична: на один год ( шагов по времени) требуется на Репбит IV (1. Gg) сек при вертикальных уровнях. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит рисунки и таблицы, которые расположены непосредственно в тексте диссертации, а также в трех приложениях. Первая глава диссертации посвящена построению математической модели. Представлена модель крупномасштабной гидротермодинамики океана: описана постановка задачи и метод решения, численная аппроксимация уравнений модели, предложены методы повышения порядка точности при решении адвективно-диффузионных уравнений переноса тепла, соли и растворенного метана. Вторая глава посвящена численному моделированию климата океана, описаны эксперименты при различных постановках задачи и приближениях. Исследуется влияние таких факторов, как рельеф дна, параметризация турбулентной вязкости, изменение коэффициентов турбулентной диффузии, параметризация средиземноморской воды и поверхностных вод Северной Атлантики и др. В результате численных экспериментов, разработан окончательный вариант модели удовлетворительно воспроизводящей основные климатические характеристики Мирового океана. Мирового океана от разлагающихся поддонных метан гидратов под действием климатических изменений. Моделируется пространственное распределение газогидратов метана и глубина их залегания в осадочном слое океана с учетом геотермического градиента и пористости осадочного слоя океанского дна. Оценены временные и количественные масштабы возможного разложения субмаринных газогидратов и потока метана в атмосферу. В Заключении сформулированы основные выводы, полученные в ходе выполнения данной работы. Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на Конференциях молодых ученых ИВМ и МГ СО РАН, Новосибирск, , , гг. Международной конференции «Математические модели и численные методы механики сплошных сред», Новосибирск, г. Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (ИНИЛРМ, ИНИПРМ), Новосибирск, , гг. Международной конференции - «Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика», Новосибирск, - июня года; Аэрозолях Сибири - VIII, XI, XII Рабочие группы, Томск - , , гг. Международной конференции «Информационные технологии и обратные задачи рационального природопользования», Ханты-Мансийск, - апреля - г. Гео - Сибирь - ,- апреля г. Диссертационная работа поддерживалась интеграционным грантом СО РАН № «Газовые гидраты в природных экосистемах», грантом №7 «Природные и синтетические газовые гидраты». По теме диссертации опубликовано работ, представленных в списке литературы [-], [-], [1], [5-2]. В работах, выполнявшихся в соавторстве, вклад диссертанта заключался в непосредственном участии на всех этапах исследований: в постановке численных экспериментов, написании программных комплексов, анализе результатов численного моделирования.