Введение к работе
Актуальность проблемы. Актуальность решения проблем, связанных с наблюдением и моделированием Мирового океана, вытекает из задач совершенствования методов прогнозирования погоды и климата.
Цель диссертации заключается в построении одномерной модели океана, основанной на интегральной параметризации перераспределения тепла по глубине и дающей практическую возможность рассчитывать локальное поведение деятельного слоя океана, реагирующего на вариации метеопараметров атмосферы и солнечной радиации.
Основные положения, выносимые на защиту.
1). В предложенной теории подобия для верхнего слоя океана выделены случаи полной автомодельности процессов ветрового и конвек тивного перемешивания воды в верхнем квазиоднородном слое (ВКС), изучение которых дает возможность оценивать численные значения эмпирических констант.
2). В рамках построенной модели за прогрев термоклина одновременно ответственны несколько механизмов: а) перераспределение теплых масс воды, поступающих из ВКС при уменьшении его толщины, б) поглощение проникающей ниже ВКС компоненты солнечной радиации, в) диффузионный поток тепла из ВКС в термоклин.
3). С помощью разработанной модели изучалась локальная реакция океана на атмосферные воздействия различных масштабов времени - синоптического и сезонного. Результаты расчетов как температуры и толщины ВКС, так и теплосодержания всего верхнего деятельного слоя океана находятся в согласии с опубликованными натурными данными.
4). Численные эксперименты позволили выявить прямую зависимость интенсивности теплообмена между океаном и атмосферой от величины диффузионного потока тепла из ВКС в термоклин.
5). Обнаружена отрицательная взаимосвязь между амплитудами годовых изменений температуры ВКС и турбулентного потока тепла между океаном и атмосферой.
6). Расчетами выявлена отрицательная корреляция между минимальными зимними и максимальными летними температурами ВКС, не опровергаемая имеющимся в распоряжении автора набором гидрологических данных по станции погоды Р (50 с.ш., 145е з'.д.) за 1972-76 гг., а также зависимость наступления момента образования ВКС малой толщины верной от минимума теплосодержания верхнего слоя океяня в годовом ходе.
Научная новизна. Представленная диссертационная работа содержит результаты автора по одномерной параметризации верхнего
океанического слоя, полученные более десяти лет назад. Модель ьцос ледствии была расширена путем включення горизонтальних коорди нат и учета течений. Изучалось поведение океана под воздействием интенсивного циклона (Ликинов, Жолудев, 1983) и при взаимодействии океана и атмосферы для средвезональных условий (Пономарей, Говоркова, Жолудев, 1987). Упомянутое обобщение модели не входит в объект исследования диссертации.
Интерес ученых к таким интегральным одномерным моделям океана возник в 70-х годах. В то время наметились две основные тенденции. Часть авторов разрабатывала модели синоптической изменчивости. Другая часть изучала годовую вволюцию термодинамических характеристик верхнего деятельного слоя океана. Впоследствии в обоих подходах модели модифицировались путем включения горизонтальных пространственных координат и аффектов горизонтальной и вертикальной адвекции тепла.
Странным оказалось то, что несмотря па использование одних и тех же физических концепций, во-первых, ети две группы моделей не оказывались взаимозаменяемыми, поскольку присутствующие в соотношениях эмпирические константы у разных авторов принимали самые различные значения; во-вторых, было замечено, что при использова-' вин подобных моделей обычно выявляется в расчетах значимое несоответствие между скоростью изменения теплосодержания деятельного слоя и интенсивностью локальаого теплообмена между океаном и атмосферой, причем даже учет горизонтального адвективного притока тепла не компенсирует вто несоответствие (Niiler, 1977).
В диссертации предлагается параметризация верхнего слоя океана и описываются результаты вычислительных вкспериментов, сглаживающие остроту отмеченных противоречий.
Кроме того, в рамках модели получены pt зультаты, которые сами по себе от нее не зависят. На защиту вынесены положения, не потерявшие, по мнению автора, новизны.
Практическая значимость. Тема диссертации связана с выполненными в Кабардино-Балкарском госуниверситете научно-исследовательскими работами "Разработка алгоритмов и программ расчета термической и акустической структуры океана" (roc. per. N79030-266), "Расчеты и прогноз гидрологических характеристик верхнего слоя океана и вертикального распределения параметров мелкомасштабной турбулентности" (гос. per. N81075853), "Численное моде-, лирование взаимодействия тропического циклова с океаном" (гос.per. N01.82.0090288). Теоретические результаты и выводы могут быть
учтены в прогностических моделях океаничегкой изменчивости, раз рабатываемые в ИЭМ (Обнинск), СПбО ИО РАН (С.-Петербург), ЛальИИИ (Владивосток). Предложения по статистической проверке выявленных в результате вычислительных эксперимст-ов корреляций между изменчивостью термических параметров океана и интенсивное тью и характером взаимодействия атмосферы и океана могут быть реализовали во ВНИИГМИ-МЦД (Обнинск), ЛальНИИ (Владивосток) и ГМЦ РФ (Москва).
Научные результаты диссертации внедрены в ГГО им. А.И.Во ейкова (С.-Петербург) при выполнения тем VI.43B01 и 1.03.04, являв шихся составными частями программ ГКНТ СССР 0.74.11, задание 05.03.Н5 и 0.74.09, задание 02.НЗ.
Результаты теоретических исследований, а также фортран-программы, численно реализующие модель верхнего слоя океана, были ис-пользованы студентами КВГУ при выполнении дипломных работ.
Апробация диссертации и публикации. Основные результаты были представлены на Международном симпозиуме по тропической метеорологии (Нальчик, март 1981 г.), IV Всесоюзной конференции "Мировой океан" (Владивосток, октябрь 1983 г.), Республиканской научно-практической конференции (Нальчик, июнь 1985 г.). Диссертация была полностью обсуждена на научных семинарах и итоговых конференциях преподавателей и научных сотрудников математического и физического факультетов КБГУ, на семинарах ИО РАН (Москва), СПбУ. СПбО ИО РАН, СПбО ГОИН, ААНИИ (С.-Петербург), ТОЙ ДВО РАН (Владивосток), МГИ АН Украины. Научные результаты диссер тации, выводы и рекомендации опубликованы в 3 печатных и 8 депо нированных статьях.
Структура и объем работы, Диссертация состоит из предисловия, трех глав и заключения. Объем рукописи - 113 страниц, включая 14 рисупков и 16 таблиц. Список литературы состоит из 125 источников.