Введение к работе
Актуальность темы. Объемное тепловыделение при кондексацм водяного пара играет принципиальную роль в энерготико таких атмосферных точений, как тропические циклены, депрессии, конвективные облака. Современные исследования отпх течений идут, как ьро,-Бмо, по пути создания все болео услолндачцлхся численных моделей. йлесте с тем многие особенности их пространственной структура мокне попягт, в рашгах упрощенных аналагичьешх модален, опис:геагь щих реакции атмосферы на соответствующим образом заданные объемные источники тепла. В существующих линейных моделях реакции стратифицированной вращающейся атмосферы на заданное объемное тепловыделение (Дни, І9Є6 ; Вульфсон, Мигель, 1987) дассипатив-ные факторы (вязкость, теплопроводность) не учитывались, либо учитывались неполно. Актуальным является построение линейной модели с более полним и последовательным чем ранее учетом дисои-пативных факторов.
Пошило исследования структуры развитых конвективных двико-ний во влажной аамосфере, принципиально важным является вслрое об условиях их возникновения - вопрос, который традиционно гвя-зывготся с механизмами влааноко;шектишой неустойчивости. Решение этого вопроса осложняется тем, что объемное тепловыделение, обусловленное фаговыми нореходами, уае нельзя считать заданным и необходимо учитывать его непосредственную связь с динамикой процесса. Отчасти по этой причине вопрос изучен крайне недостаточно. Теоретические исследования иечерпнваїзтея упрощенными подходами, основанными на так называемых методах частицы и слои, а такне решениями отдельных частных задач для идеальной (невязкой, нзтеплопроводней) атмосферы. Актуальной, такиї.і образом, является разработка теоретической модели влахлоио;шект;щпо.і н«-устойчивости на основе уравнений гидр'отермодинамнки с учетом
вязкости и теплопроводности.
Uem ьаботи. I. Теоретическое исследование структуры вкхрз-вах конвективных течений, вызываемых заданным объемам тепловыделением в атмосфере. 2. Теоретическое зсследоьание конвективной неустойчивости влажной насыщенной атмосферы. 3. Качественное сравнение теоретических результатов с эмпирическими дашщми об условиях образования и структуре тропических циклонов, я также упорядоченной конвективной облачности над океанами.
В диссертации реігенн следдацие задачи:
-
Выявлены Физические параметры», управляющие структурой конвективных вихревых течений, вызываемых заданным объемным тепловыделением в атмосфере.
-
Исследованы условия развития конвективной неустойчивости в слое влажного насыщенного воздуха.
-
Исследованы предпочтительные масштабы и структура возникающих в результате неустойчивости конвективных течений.
-
Изучены механизш спонтанного образования крупномасштабных, влажноконвектИБНЫХ вихрей в атмосфере.
-
Исолэдована стационарная конвекция, инициируемая линейным легочником тепла во влажной насыщенной атмосфере.
Научная ковизна работы. В линейной модели о учетом вязкости и теплопроводности впєрше получены аналитические решения, описывавдие конвективные вихри, вызываемые заданным объемным тепловыделением в атмосфере. Впервые показано, что такие особенности структуры конвектшшых вихрей, как нальчпе множества циркуляционных ячеек в поле радиальной циркуляции, нескольких максимумов в горизонтальном профиле азимутальной компонента скорости определяются соотношением между двумя безразмерными параметрит - аналогами чисел Ралея и Тейлора.
Вперше разработана теоретическая( двумерная ) модель
5 —
влажноконвектйвной неустойчивости атмосферы. Модель описываем
формирование конвективной облачности в слое влажного насыщенного воздуха и является обобщением классической модели конвективной неустойчивости Рялея на случай наличия фазовых переходов. Впервыг показано, что возникающие в результате неустойчивости течения имеют форму либо локализованных конвективных валов, либо периодических ансамблей облачных валов (гряд).
Впэрвые исследованы, и сформулированы условия, необходимые для спонтанного образован: крупномасштабных влажноконвективных вихрей в атмосфере.
Научная и практическая ценность. Результаты прозеденных исследований позволяют глубже понять физические механизмы влажно-конвективных процессов, протекающих в атмосфере, в частности, то, которые ответственны за образование тропических циклонов и конвективных облаков. Полученные результаты могут быть использован;; при анализе условий заровдения тропических ізжлонов и развития конвективной облачности, 'при'разработке сложных численных моделей, при планировании натурных экспериментов.
Диссертационная работа проводилась как часть плановых НИР, выполнявшихся в с»",але тропической метеорологии Института экспериментальной метеорологии. Материалы диссертации включены в отчеты по теме І.2Г.7 плана НИР и ОКР Госкомгидромета СССР.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Четвертом Международном симпозиуме по тропической метеорологии (Гавана, 1Э87 г.); Всесоюзном семинаре по вычислительным методам в волновой гидродинамике (Абакан , 1988 г.); Всесоюзной конференции по проблемам стратифицированных течений (Юркала, 1988 г.); Международном симпозиуме по взаимосвязи региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере (Тбилиси, 1988 г.); Третьем Всесоюзном симпозиуме по математическому моделированию атмосферной конвекции и искусственных воздействий
на конвективные облака (Нальчик, 1990 г.); Всесоюзной Школа-семинаре по налинейнш задачам теории гидродинамической устойчивости (Звенигород, 1990 г.); научных семинарах отдела тропической метеорологии ИЭМ, конференциях СМУС ИЗД.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ. В рабогах, выполненных в соавторстве, личный вклад диссертанта заключается в участии на всех этапах исследования, от постановки задачи, получения и анализа результатов до написания статей.
Объем и структуро работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Объем 212 страниц, в том число 34 рисунка и список цитируемой литературы из 144 названий.