Исследование закономерностей формирования полей конвективных облаков на основе использования численной трехмерной LES модели

• Автор: Игнатьев, Алексей Алексеевич
• Шифр специальности: 25.00.29
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

1.1 Классические методы.
1.2 Численное моделирование облаков.
1.3 О температурном инварианте
1.4 Моделирование турбулентности
1.5 Параметризация вовлечения в облачном слое.
1.6 О пространственном распределении облаков и его влиянии на радиационный баланс.
Глава 2. модель полей кучевых облаков мелкой конвекции
2.1 Основные уравнения
2.2 Подсеточная модель
2.3 Граничные условия на поверхности и устойчивый слой
2.4 Конденсационная схема.
2.5 Численный алгоритм
2.6 Проверка сохранения кинетической энергии численным алгоритмом
2.7 Проверка точности численного алгоритма
Глава 3. Верификации модели на примере расчета поля пассатных облаков.
3.1 Постановка задачи.
3.2 Степень закрытия небосвода
3.3 Профили турбулентных потоков
3.4 Анализ чувствительности.
Глава 4. Особенности турбулентной конвекции в облачных слоях
4.1 Расчет облачного поля в средних широтах.
4.2 Вертикальный профиль коэффициента турбулентной диффузии
4.3 Функции распределения вертикальной скорости
4.4 Анализ вертикальных движений с точки зрения метода слоя
Заключение.
Литература


Обсуждены вопросы выбора температурного инварианта при моделировании течений с фазовыми переходами. Описаны общие подходы моделирования турбулентности. Рассмотрены вопросы параметризации потока вовлечения и некоторые проблемы, связанные с распределением облаков по размерам. Во второй главе построена математическая модель на основе моделирования, включающая уравнения движения атмосферного воздуха, подсеточную турбулентную модель и конденсационную схему. Рассмотрены особенности разностной схемы, сохраняющей кинетическую энергию движения и пригодной для моделирования. Проверена точность модели путем сравнения с аналитическим решением для задачи распада вихря ТейлораГрина. В третьей главе приведены результаты верификации разработанной численной на основе моделирования поля пассатных облаков около ПуэртоРико. Показано удовлетворительное согласие полученных численных результатов с данными наблюдений и численными расчетами других авторов, имеющихся в литературе. Проведен анализ чувствительности модели к изменениям некоторых параметров. В четвертой главе с целью выяснения влияния физикогеографических условий на облачные поля и их характеристики проведен расчет поля кучевых облаков, наблюдавшихся автором в Ленинградской области 4 сентября года. Получены и проанализированы вертикальные распределения турбулентных потоков тепла, влаги и импульса. Проведено сравнение с аналогичными распределениями поля пассатных облаков. Получена аппроксимация вертикального профиля коэффициента турбулентной диффузии в виде комбинации линейных функций в подоблачном слое.