Введение к работе
Актуальность теми Данная работа посвящена исследованию процессов, имеющих место на втором (адаптационном) этапе гидродинамической
адаптации является развитием традиционных методов решения классической океанографической задачи о восстановлении полей скорости по имеющимся полям температуры и солености.
Метод гидродинамической адаптации состоит из двух этапов: на первом этапе по полной нелинейной модели динамики океана проводится интегрирование до установления уравнений движения и неразрывности при фиксированных полях температуры и солености и заданном напряжении трения Еетра на поверхности (чисто диагностические расчеты"); на втором этапе интегрирование продолжается с подключением уравнений для тепла и солей, начальными условиями служат полученные на первом этапе скорости и исходные поля температуры и солености (адаптационные расчеты). Окончание интегрирования производится по некоторым критериям (чаще всего поведение кинетической энергии). При этом ставится задача приближенно согласовать поля скоростей, температуры и солености со стационарными уравнениями системы. Предельный срок интегрирования определяется требованием небольшого искажения исходных полей температуры и солености. ' Использование в качестве начальных данных для адаптационных расчетов результатов диагностических расчетов обусловлено стремлением Еыбрать начальные данные максимально близкими к стационарному решению и, тем самым, ускорить установление решения.
- м-
Метод . гидродинамической адаптации использовался и продолжает использоваться для расчетов в различных по сеоим характеристикам бассейнах. Однако при его применении возникает несколько'проблем. Первая из них заключается в виборе момента прекращения интегрирования на адаптационном этапе. Верхняя граница времени интегрирования может" бать установлена из требования, чтобы отклонение от исходных данных в некоторой норме не превышало стандартную ошибку данных. Дополнительным требованием может быть сохранение пространственных структур определенного масштаба, контролируемое либо визуально, либо на основе оценок пространственных спектров. В этих пределах окончание интегрирования может быть сеязэно с характерным временем физических процессов (здесь и далее мы будем пользоваться термином "физические процессы", хотя такие процессы могут и не иметь аналогов в природе), обусловливающих взаимное приспособление полей температуры, солености и скорости при адаптационных расчетах. Это ставит Еопрос об анализе физических процессов, имеющих место в ходе адаптационных расчетов. Кроме того, расчеты по различным численным моделям могут приводить к различным результатам. Знание физических процессов, обеспечивающих согласование полей, позволило бы сформулировать требования к используемым моделям. Другим вопросом является чувствительность результатов к параметрам модели.
. В данной работе метод гидродинамической адаптации применяется для расчетов в тропической зоне Атлантического океана. Этот район представляет особый интерес, так как
продставляет собой черезсичайно сложный в динамическом отношении район, в котором имеют место течения огромной протяженности.
Для понимания процессов, происходящих при приспособлении к состоянию равновесия на экваторе, Еажкое значение имеет исследование простейшего случая, когда покоящаяся жидкость приспосабливается к действию включившегося в начальный момент и остающегося постоянным ветра. Важным является вопрос о возможностях модели по описанию этого процесса. Как ^оказывают многочисленные исследования, с распространением экваториальных волн Кельвина, играющих важную роль в этой задаче, связано приспособление к состоянию равновесия и в ряде других задач (например, реакция океана на ослабление восточных ветров).
Цель работы
1. Создание численной модели динамики океана в
сферической системе координат на основе ранее разработанной
и реализованной модели в декартовой системе координат.
2. Исследование возможностей модели по Еослроизведению
распространения экваториальных волн * и процесса
приспособления на экваторе.
3. Анализ механизмов гидродинамической адаптации
климатических полей на экваторе на основе исследования
волновых процессов и энергетических переходов.
4. Исследование влияния диффузии на процесс адаптации
гидрофизических полей.
5. Выработка на основе проведенных исследований
критерия окончания адаптационных расчетов.
Научная новизна диссертации состоит в комплексном анализе механизмов гидродинамической адаптации полей экваториальной зоны океана на основе исследования энергетических переходов и волноеых процессов. Выделен физический процесс, играющий наиболее Еажную роль в процессе приспособления в верхних слоях океана,- экваториальная волна Кельвина первой бароклинной моды. В качестве критерия .окончания интегрирования предложено использовать характерное время этого процесса.
Практическая значимость работы. '.
Проведенный в работе анализ позволяет определить критерий окончания адаптации на основе характерного времени физического процесса, обеспечивающего согласование полей (волна Кельвина), и сформулировать требования к используемым для адаптации моделям, основанные на необходимости хорошо описывать этот процесс.
Численная модель реализована в еидє комплекса программ на МВК "Эльорус-2", включая программы расчета энергетических переходов и графический блок.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на семинарах ОВМ АН ССОР и лаборатории динамики океана в I987-I99Q гг. и на Всесоюзных совещаниях по программе "Разрезы" е 1990 и 1988 годах.
Публикации.
Основные результаты диссертации опубликованы в трех
-ч-
рэОотах, две из них без соавторов.
Структура и объем работы.
Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем диссертации составляет /57? страниц, библиография включает в себя наименования отечественной и зарубежной литературы, в диссертацию включеноі?у рисунка и _у таблицы.