Введение к работе
Актуальность проблемы. Циклоны умеренных широт (ЦУШ) вляются важнейшими элементами общей циркуляции атмосферы. Исследование процессов зарождения и развития ЦУШ ведется в различ-ых направлениях, среди которых одним из наиболее важных является зучение их энергетики. Энергетический подход обеспечивает единую шалу при оценке вклада различных атмосферных процессов в развитие цклонов и, таким образом, позволяет описать физические механизмы того развития.
Диагностические исследования энергетики синоптических вихрей не-бходимы для совершенствования описания энергетического цикла в чи-ленных моделях атмосферной циркуляции и параметризации вихревых :отоков в моделях климата. Наличие значительных запасов определен-:ого вида энергии в атмосфере может использоваться как прогностиче-кий критерий процесса. Наконец, важным этапом развития способов ктивных воздействий на синоптические атмосферные вихри также явля-тся изучение их энергетики.
К настоящему времени сложилось понимание важности диагности-[еских исследований энергетического режима в ЦУШ. При этом зарубежные ученые главное внимание уделяли рассмотрению запасов и ба-іанса кинетической и доступной потенциальной энергии. Усилия наших :сследователей были направлены на изучение запасов и баланса кинетической, потенциальной и внутренней энергии, а также водяного пара в тдельных циклонических образованиях умеренных широт. Однако, изустные результаты еще недостаточно полны и часто противоречат друг [ругу. Поэтому к настоящему времени назрела необходимость в разра-іотке эмпирической энергобалансовой модели ЦУШ на основе диагно-тических исследований в этих синоптических вихрях различных видов нергии.
— 4 —
Цель предлагаемой диссертации состоит в построении количествен ной схемы перераспределения и преобразования различных видов энер гии в циклонах умеренных широт, определении компонентов энергетиче ского баланса на разных стадиях их эволюции.
Для достижения поставленной цели в данном исследовании ставятс следующие задачи:
разработка диагностической вычислительной системы для исследс вания запасов и составляющих баланса полной энергии, вихревой ее ставляющей кинетической энергии и доступной потенциальной эие^ гии в ЦУШ;
выявление трехмерного распределения запасов и баланса различны видов энергии, ее генерации, диссипации и некоторых кинематичс ских особенностей в различных частях и на разных стадиях эволюци ЦУШ;
оценка зависимости составляющих баланса кинетической энергии скорости вертикальных движений от масштаба пространственної осреднения;
определение особенностей влагообмена в ЦУШ на разных стадиях г эволюции;
оценка роли механизмов, формирующих баланс различных виде энергии в ЦУШ;
определение структуры баланса различных видов энергии в ЦУШ і разных стадиях их эволюции;
установление зависимости эволюции циклонических образований поверхности Земли от запасов доступной потенциальной энергии нижней тропосфере.
— о —
На защиту выносятся следующие основные положения:
усовершенствованная количественная схема перераспределения и преобразования различных видов энергии в ЦУШ;
результаты расчета компонентов энергетического баланса ЦУШ на разных стадиях их эволюции;
новый метод определения зависимости составляющих баланса кинетической энергии и скорости вертикальных движений от масштаба пространственного осреднения;
характеристика изменчивости запасов доступной потенциальной энергии и их использование в качестве прогностического критерия эволюции ЦУШ.
Научная новизна работы. Основные выводы и количественные соотношения, представленные в диссертации и выносимые на защиту, получены впервые. К ним относятся, в первую очередь:
картина трехмерного распределения запасов и баланса различных видов энергии, ее генерации, диссипации и некоторых кинематических особенностей в различных частях и на разных стадиях эволюции ЦУШ;
установление зависимости составляющих баланса кинетической энергии и скорости вертикальных движений от масштаба пространственного осреднения;
исследование особенностей влагообмена в ЦУШ на разных стадиях их эволюции;
определение роли механизмов, формирующих баланс различных видов энергии в ЦУШ;
выявление структуры баланса различных видов энергии в ЦУШ на разных стадиях их эволюции.
— б —
Кроме того, автор разработал методику прогноза эволюции циклонов у поверхности Земли на основе данных о доступной потенциальной энергии, определил степень эффективности восстановления вертикальных профилей метеорологических величин сплайн-интерполяцией ! сравнении с линейной, получил неравенство, позволяющее определять степень достоверности различий между метеорологическими величинами путем сравнения средних значений двух выборок при отсутствии сведений о дисперсии, предложил и реализовал алгоритм оценки влияние ошибок исходной информации и интерполяции на параметры энергетики
Практическая значимость работы:
представляемые в диссертации выводы позволяют уточнить физические механизмы, определяющие характер перераспределения и пре образования различных видов энергии в ЦУШ на разных стадиях ю эволюции;
данные температурно-ветрового зондирования атмосферы, использу емые в качестве основного исходного материала, были архивировань путем создания комплекса баз научных данных "Метео", разработан ного под руководством автора на кафедре метеорологии Пермскоп госуниверситета и изданного в виде методического пособия;
результаты диагностических исследований энергетики ЦУШ исполь зуются при чтении студентам-метеорологам Пермского госуниверси тета курсов по динамической и общей метеорологии;
предложенная методика прогноза эволюции циклонов у поверхности Земли на основе расчета запасов доступной потенциальной энергии где в качестве статистической базы использовался параметрически: одномерный линейный дискриминантный анализ, может быть ис пользована в оперативной работе по метеорологическому обслужк ванию народнохозяйственных организаций.
Апробация работы. Отдельными частями работа докладывалась на V Всесоюзном совещании по применению статистических методов в метеорологии в 1985г. в г.Казани, на Всесоюзной конференции "Пути повышения мировоззренческой направленности преподавания географии и проблемы географии" в 1985г. в г.Перми, на Межгосударственной научной конференции "Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха" в 1993г. в г.Перми, на Международной конференции "Общепланетарные проблемы исследования Земли" в 1994г. в г.Казани, на Международной конференции "Регион и география" в 1995г. в г.Перми, на Всероссийской научно-методической конференции "Новые технологии обучения при мпогоуровенном университетском образовании" в 1994г. в г.Перми, на Всероссийской научпой конференции "Современная география и окружающая среда" в 1996 г. в г.Казани, на юбилейных научных сессиях, посвященных 75- и 80-летию Пермского госуниверситета в 1991 и 1996 гг. в г.Перми, на Межвузовской научно-практической конференции молодых ученых в 1986г. в г.Перми, на отчетной научной сессии Казанского университета в 1991г., на отчетных научных конференциях Пермского университета в 1987 - 1990, 1992 и 1994 гг.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 213 наименований. Объем диссертации составляет 220 страниц, содержит 28 рисунков и 43 таблицы.
