Введение к работе
Антиаиъностъ тела диссертации
Для описания нестационарных процессов, присущих глобальной климатической системе, в первую очередь нужно решить проблему взаимодействия атмосферы и океана. Основные трудности, которые возникают при рассмотрении этого вопроса, связаны с необходимостью сочетать глобальный охват климатической ситуации с достаточно подробным описанием локальных микромасштабных процессов. В настоящее время компромис, как правило, достигается в ущерб последним. Существенная доля этих процессов приходится на пограничные слои атмосферы и океана. Они определяют характер и интенсивность их взаимодействия, неадекватность отражения которого монет привести к серьбзному искажению картины энергетического баланса климатической системы при численном моделировании. Стремление решить эту проблему, построить более полную численную модель приводит к необходимости использования громадного количества памяти и чрезвычайного быстродействия вычислительных систем. Однако прогресс в вычислительной технике позволяет надеяться, что в бликайшее время решение задач такого объбма станет возможным. Следовательно, актуальность разработки моделей с достаточно подробным разрешением вертикальных процессов на границе атмосферы с океаном возрастает и работы в этом направлении нужно вести уке сейчас.
Цель работы
Целью представляемой диссертационной работы является разработка модели взаимодействующих пограничных слобв атмосферы и океана, включающей в себя параметризации основных физических процессов мелкомасштабного уровня и построенной в результате верификационных экспериментов с использованием данных натурных наблюдений. Среди процессов, требующих своего описания или параметризации, выделяются- следующие:
-
конвективное и ветровое'перемешивание в океане;
-
формирование и разрушение квазиоднородного слоя ( вовлечение и антивовлечение );
3. турбулентность;
4. двойная турбулентная диффузия (процессы, определяемые
различием коэффициентов турбулентной теплопроводности и
турбулентной диффузии солей);
-
противоградиентный турбулентный перенос;
-
турбулентные потоки в приводном слое;
-
штормовая интенсификация тепло- и влагообмена;
-
сухая и влажная конвекции;
-
длинноволновая и коротковолновая радиация;
-
гидрологический цикл;
-
воздействие крупномасштабных факторов на структуру пограничного слоя.
Приведенный" список наверняка не исчерпывает всех факторов, задействованных на границе двух сред. Копою, однако, с определенной долей уверенности утверждать, что перечисленные процессы являются преобладающими, хотя бы с точки зрения наибольшей повторяемости в реальных атмосфере и океане.
Научная новизна работы
Непосредственное использование в расчетах данных натурных наблюдений, как с целью постановки реальных граничных и начальных условий, так и с целью статистического сравнения результатов численного моделирования с этими данными позволило подробно исследовать и уточнить описание ряда процессов, таких как противоградиентный турбулентный перенос, турбулентное вовлечение, двойная диффузия, а также подробно рассмотреть проблему турбулентного замыкания. В этом и состоит элемент новизны данной работы.
Практическая ценность работа
Основное назначение модели — это описание процессов под-сеточного масштаба в рамках глобальной или региональной модели климатической системы, где её роль трудно переоценить.
Однако способность созданной модели адекватно воспроизводить вертикальную структуру нижнего слоя атмосферы и верхнего слоя океана может быть самостоятельно использована как в прак-
тических целях, так и в теоретических исследованиях в области моделирования, климата и прогноза погоды. Сама модель оформлена в виде программного пакета, реализованного на персональном компьютере серии IBM PC АГ, и допускает достаточно гибкую эксплуатацию, как в отношении входных данных, так и в отношении физической наполнености конкретного численного эксперимента с моделью, то есть пакет включает возможность выбора различных параметризаций в зависимости от желания исследователя в режиме диалога.
Апробация результатов работы
Результаты, представленные в диссертации, докладывались на Всесоюзном семинаре по пограничным слоям в атмосфере и океане (Ленинград 1987), на Всесоюзной научно-технической конференции (Севастополь 1988), на Всесоюзной конференции по программе «Разрезы» (Одесса 1990), на российско-германском семинаре по океанографии (Москва 1991), на Всесоюзном совещании по динамике океана (Новосибирск 1991), а также на Школе-конференции молодых ученых ВЦ СО АН СССР (Новосибирск 1988,1989).
Диссертация полностью докладывалась в Вычислительном центре СО РАН на семинаре Отдела математического моделирования физики атмосферы и океана и охраны окружающей среды.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 8 работ, две из них находятся в печати. Список приводится в конце автореферата. Личный вклад автора состоит в формировании совместной модели пограничных слоев атмосферы и океана, построении или уточнении некоторых параметризаций, постановке и проведении численных экспериментов на основе разработанных моделей.
На защиту выносятся
Результаты численных экспериментов с использованием проти-воградиентной гипотезы турбулентного переноса и сравнение различных гипотез турбулентного замыкания.
!
Аналитические выражения для коэффициентов тензора турбулентной диффузии тепла и солей.
Параметризация; турбулентного вовлечения в модели деятельного слоя океана.
Результаты включения модели верхнего перемешанного слоя в модель общей циркуляции Мирового океана.
Результаты исследования реакции океана на прохождение тропического циклона в районе течения Куросио.
Объел райоты.
Общий объЭм представляемой диссертации составляет 228 страниц, где 9 страниц отводится под список цитируемой литературы на 153 пункта, 2 страницы на содержание. Имеется также 50 рисунков и 8 таблиц, которые расположены внутри основного текста по ходу изложения. Кроме основного материала диссертация включает в себя два приложения объёмом 32 страницы.