Моделирование процессов преобразования влаги в атмосфере в целях прогноза облачности и осадков

• Автор: Акимов, Иван Владимирович
• Шифр специальности: 11.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. Состояние вопроса
2. Общее описание влажностной модели
2.1. Основные уравнения влажностной модели атмосферы и постановка задачи
2.2. Алгоритм численного решения системы уравнений влажностной модели
2.3. Исследование вопроса о начальных данных
2.4. Метод расчета крупномасштабных вертикальных скоростей..'
2.5. Определение скорости конденсации и ее зависимость от других видов притока тепла
2.5.1. Вывод формулы для расчета скорости конденсации из соотношений термодинамики
2.5.2. Вывод формулы для скорости конденсации из уравнений переноса насыщающей влажности и температуры с учетом притоков тепла
2.5.3.Влияние притоков тепла на скорость конденсации
2.6. Реализация влажностной модели атмосферы на данных объективного анализа
3. Метод расчета количества неконвективных осадков, основанный на учете микрофизических процессов в слоистых облаках
3.1. Основные формулы и параметры
3.2. Сравнение и оценка роли различных микрофизических процессов на стадии осадкообразования
3.3. Параметризация критической водности, основанная на микрофизике облаков
3.4. Зависимость критической водности и интенсивности осадков от микрофизических параметров
3.5. Учет интенсификации осадков за счет наличия ледяной фазы в облаке
3.6. Расчет скорости испарения и таяния осадков

4. Численные эксперименты по изучению влияния различных факторов на
пространственное распределение облачности и осадков. Оценки качества прогноза облачности и осадков на фактических данных
4.1. Численные эксперименты по исследованию влияния критической относительной влажности на распределение количества облаков
4.2. Оценки прогноза дефицита точки росы и количества облаков
4.3. Зависимость полей осадков от динамических факторов и микрофизических параметров
4.4. Влияние начальных данных по водности на прогноз осадков, оценка качества прогноза неконвективных осадков
4.5. Результаты альтернативного прогноза осадков для станцйй ЕТР и для Москвы
4.6. Количественный прогноз осадков
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Проблема трансформации влаги в атмосфере является одной из важнейших при решении задач прогноза погоды и моделирования климата. При этом разработка методов описания эволюции облачности и осадков, а также их прогноза на различные сроки являются основными вопросами.
Важнейшая роль облачности в задачах моделирования климата обусловлена тем, что облачность регулирует всю радиационную энергетику атмосферы Земли, являющуюся характеристикой климатического состояния планеты. В погодообразующих процессах облачность влияет на температуру подстилающей поверхности и приземного слоя атмосферы.
Осадки являются компонентом водного баланса атмосферы и поверхности Земли, и их правильное описание важно как для задач климата, так и для прогноза погоды.
Разработка методов количественного описания облачности и осадков ведется давно. Однако адекватный метод расчета количества облаков пока не найден. Методы, используемые в разных крупномасштабных моделях, дают количество облаков, настраивающее модель наилучшим образом. Методы расчета осадков в моделях разного временного и пространственного масштаба основаны на анализе поля влажности и не связаны с облачностью.
В повседневной практике прогнозов погоды основными методами прогноза облачности и осадков являются синоптические и статистические методы. Гидродинамические методы в России являются в настоящее время вспомогательными, и проблема количественного описания облачности и осадков в моделях атмосферы пока остается.
Понимание этого обстоятельства привело к появлению работ, в которых расширяется система уравнений крупномасштабной гидродинамической модели путем включения дополнительно уравнения переноса водности, являющейся
прогностическим элементом. Расчет пространственного распределения этой
характеристики позволяет построить схему расчета осадков, основанную на выпадении некоторой доли воды, имеющейся в облаке. Само же облако при этом остается существовать, имея определенную водность.
Доля выпавшей воды в реальных условиях зависит от микрофизических
механизмов. Таким образом, возникает проблема сочетания микрофизических
процессов в масштабе облака с процессами крупного масштаба такими, как перенос водности, конденсация и др. Так как точное описание микрофизических процессов в

г/кг
Рис. 2.1. Изменение со временем средней водности (а) и средних отклонений водности от начальных значений (б) для различных вариантов задания начальных данных в прогнозе на 2-ое суток от 04.09.96. 0ч. МСВ.
1) £0 = сЗф, р = 925 гПа; 4) <50 = 0, р = 925 гПа;
2) д0 = с<5ф , р = 700 гПа; 5) 6й - 0, р = 700 гПа;
3) с>0 = б-£ф, р = 400 гПа; 6) е>0 = 0, р = 400 гПа.