Введение к работе
Актуальность темы Теоретические исследования и накопленный мировой опыт в области гадродинамического моделирования атмосферных процессов и применение различных гидродинамических моделей для прогаоза полей метеовеличии и явлений погоды свидетельствуют о том, что в этих моделях должны учитываться региональные особенности физических процессов, включая процессы подсеточного масштаба. К ним относятся процессы влагообо-рота. эффекты, турбулентности и влияние орографических эффектов на параметризуемые процессы.
Главным вопросом при параметризации различных процессов подсеточного масштаба является их взаимосогласование и надежность в зависимости от выбранных фоновых моделей, систем координат, пространственных и временных шагов, и схемы численного интегрирования уравнений гидротермодинамики атмосферы.
Задача численного прогноза в субтропической зоно в целом и для территории Алжира в частности является весьма актуальной, так как ату территорию пересекают два горных массива, оставляя запад страны на подветренной стороне гор. В связи с западным атлантическим переносом, который является преобладающим при антициклонической циркуляции, происходит удаление воздуха от состояния насыщения, что приводит к резкому уменьшению количества облаков и осадков. Для учета эффектов влияния орографии в численных моделях часто прибегают к моделям в а-системе координат и к моделям с гибридными вертикальными координатами. Однако, помимо их достоинств, в районах о крутым наклоном земной поверхности составляющие градиента давления и гео-
потенциала в уравнениях движения велики по модули и противоположны по знаку, что приводит к неточности определения силы барического градиента. С технической точки зрения названные координатные системы являются громоздкими и требуют достаточно больших вычислительных ресурсов. Учет орографических эффектов в р-системе координат осуществляется с помощью метода орографического блокирования. Кроме его простоты и надежности, он исключает распространение орографических ошибок по вертикали модельной атмосферы.
Использование метода вложенных сеток теоретически оправдано: при атом удается осуществить локальное увеличение пространственного и временного разрешения модели. Однако за это приходится платить ос-торожшм подходом к постановке боковых граничных условий (БГУ) и согласованием и стыковкой численного решения на обеих сетках. Поэтому в работе уделено достаточное внимание этому вопросу, а также предусмотрена возможность использования в качестве фоновой сетки по всего полушария, а рогионалыюй части с такими же свойствами, как и полушарная сетка, и охватывающей главные барические образования, влияющие на формирование погоды Северной Африки.
Целью диссертации является разработка региональной модели на вложенной сетке на фоне полушарной и региональной модели для прогноза полей метеовеличин и исследования ее чувствительности!к различным параметризациошшм подходам и к различным формам задания граничных условий. При этом решаются следующие задачи.
і. На фоне полушарной модоли ГМЦ РФ разработать региональную модель и вложенную модоль для краткосрочного прогноза метеовеличин в субтропической зоне на основе системы полных уравнений гидротермодинамики атмосферы.
2. Применение одностороннего и двустороннего взаимодействий дяя
- з -
постановки БГУ. способов их уточнения и подавления шумов в пригра
ничных зонах. ':
-
Разработка и сравнение различных способов интерполяции исходных данных со стереографической на докартову систему координат.
-
Учет влияния орографических эффектов и турбулентности и их совместное влияние на различные физические процессы путам орографического блокирования.
. Сравнение различных способов параметризации процессов крупномасштабной конденсации с учетом влияния процессов испарения и орографии.
-
Корректировка метода параметризации кучевой конвекции пО'Куо о учетом вовлечения, испарения и орографии.
-
Реализация и сравнение способов параметризации сухой конвекции с учетом орографии.
в. Апробация модели для прогноза метеовеличин на сроки более суток.
Методы исследования
При построении региональной модоли на вложенной сетке использовался метод численного решения системы полных уравнений гидротермодинамики в р-системе координат. Оценка полученных результатов проводилась с помощью 12 качественных и количествешшх статистических показателей качества прогноза. Научная новизна работы состоит в следующем:
на Фоне полушарной модели ГМЦ РФ разработана и реализована региональная и вложешіая модели по полным уравнениям в р-системе координат с целью прогноза метеовеличин для субтропической зоны, позволяющие учесть процессы нодсаточного масштаба;
разработаны различные способы задания БГУ для вложенной сетаи;
разработан метод интерполяции исходных полей метеовеличин и поля орографии(
уточнены метод учета орографии и турбулентности и метод Куо при параметризации кучевой конвекция.
Теоретическая и практиче с к а я значим ос ть работы
Полученные в диссертационной работе результаты могут быть использованы для усовершенствования оперативных моделей в р-системе координат и в региональных моделях для районов со сложной орографией, а также могут быть основой для построения модели общой циркуляции атмосферы .
На защиту выносятся:
региональная и вложенная прогностические модели:
методы учета турбулентности и орографических эффектов!
метод параметризации процессов подсоточного масштаба и результаты статистической оценки их влияния.
Структура работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.
Во введении обоснованы актуальность работы, сформулирована ее
і цель, методы исследования, научная новизна и основные положения,
і выносимые па защиту, теоретическая и практическая значимость, апробация работы и кратко изложено ее содержание. !
В первой главе изложена фоновая модель, приведена система полных уравнений для модели на вложенной сетке, ее численное интегрирование и различные способы постановки БГУ-
Во второй главе предложены и реализованы различные способы интерполяции исходных полей метеовеличин и орографии.
Третья глава посвящена оценке прогнозов на основе адиабатической
вложенной модели на фоне лолушарного и регионального прогнозов.
В четвертой главе рассматривается учет орографии и турбулентности в прогностической вложенной модели.
Пятая глава посвящена параметризации неадиабатических процессов и учету их влияния на прогноз метеоволичин.
В заключении сформулированы основные вывода работы-
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались на Итоговой сессии Ученого Совета РГГМИ в январе i"?95 г. (тезисы доклада опубликованы» и на мэжкафедралъюм научном соминаре метеорологического факультета РГГМИ (май 1996 г.). Подготовлена научная статья и- принята к опубликовании редакцией журнала "Метеорология и гидрология".
