Введение к работе
К важнейшим достижениям прикладной динамической метеорологии последнего десятилетия следует отнести создание мощных систем усвоения метеорологических и океаногравических данных с высоким разрешением по времени и по пространству и оперативного численного краткосрочного и среднесрочного прогноза погода.
Этому предшествовало создание трудами российских и зарубежных ученых основ теории динамической метеорологии ( А.А. Фридман, И.А. Кибель, Е.Н. Блинова, A.M. Обухов, М.И.Юдин, Г.И.Марчук, К. Россби, Дж. Чарни, А. Елиассен, Е. Лоренц, Н. Филлипс и др.), численных методов прогноза и анализа динамики атмосферы (Г.И. Марчук, Н.И. Булеев, И.А. Кибель, Л.С. Гандин, С.Л. Белоусов, Г.П. Курбаткин, В.П. Дымников, А. Робер, Дж. Смагоринский, Ф.Д. Томпсон, Ф.Г. Шуман и др.).
В настоящее время, благодаря новым достижениям в области динамической метеорологии и математического моделирования, создается основа современной теории гидродинамического долгосрочного прогноза погоды, диагноза общей циркуляции атмосферы и математической теории климата.
Созданная Г.И. Марчуком сибирская школа по математическому моделированию динамики атмосферы и океана, охватывает широкий круг проблем в этой области - от численного краткосрочного прогноза погоды до математического обоснования постановок задач. Это обстоятельство нашло отражение в характере исследований, проводимых автором в разные годы, и в содержании диссертации.
Актуальность работы. В настоящее время модели общей циркуляции являются,пожалуй, единственным средством исследования вариаций климата, а также его изменчивости. Остается еще много проблем в понимании причин естественной изменчивости климата. А проблема прогноза короткопериодных вариаций климата приобре-
ла еще большую актуальность в связи с возросшим антропогенным воздействием на атмосферу, океан и биосферу Земли (М.И.Будыко, Г.С. Голицын, Ю.А. Израель, 1986) и необходимостью выработки оптимальной стратегии поведения хозяйственных субъектов. Все это говорит о том, что исследования в области моделирования и диагноза климата алгоритмов для решения трехмерных задач динамики атмосферы являются актуальными.
Все исследования проводились в соответствии с планами научно-исследовательских работ Вычислительного Центра СО АН СССР, Сибирского регионального научно - исследовательского гидрометеорологического института Госкомгидромета СССР, а также в соответствии с планом исследований в докторантуре Института вычислительной математики Российской АН.
Цель работы. Цель работы состоит в решении некоторых задач качественной динамической метеорологии, в численном исследовании особенностей режимов циркуляции атмосферы, их устойчивости в рамках нелинейной квазигеострофической динамики на сфере, в разработке полной модели общей циркуляции атмосферы для целей диагноза низкочастотной изменчивости глобальной циркуляции атмосферы, в разработке модели динамики атмосферы для исследования региональных режимов циркуляции, а также в исследовании чувствительности вариаций климата тропосферы Северного полушария к варі ациям источников на поверхности Земли.
Научная новизна. Все основные результаты по качественной динамической метеорологии, по численному исследованию квазигео-строфических режимов циркуляции на сфере и по исследованию их устойчивости являются новыми. Новыми являются результаты по чувствительности динамики атмосферы Северного полушария к вариациям влагозапаса почвы и аномалиям температуры поверхности Тихого океана в период явления.Эль-Ниньо. Разработана новая мо-
дель общей циркуляции для исследования глобальных и региональных режимов циркуляции.
Практическая значимость работы. Проведенные исследования по качественной динамической метеорологии вносят вклад в создание общей теории нелинейной крупномасштабной динамики вращающейся атмосферы. Сделан важный вклад в моделирование нелинейных крупномасштабных процессов, в моделирование режимов циркуляции атмосферы и иследование их устойчивости на основе малокомпонентных моделей. Разработан комплекс программ для проведения моделирования и анализа результатов для малокомпонентных моделей, который нашел практическое использование. Для диагноза режимов общей циркуляции атмосферы и для исследования корот-копериодных вариаций климата разработана глобальная конечно -разностная модель общей циркуляции с высоким пространственным разрешением и полным параметрическим описанием основных физических процессов, происходящих во влажной атмосфере. Практическим выходом работы является использование результатов разработки базовой региональной модели динамики атмосферы при создании оперативной системы прогноза погоды в Сибирском региональном научно - исследовательском гидрометеорологическом институте. Часть результатов диссертации использовалась автором при чтении спецкурса в Новосибирском государственном университете.
Публикации результатов диссертации. По теме диссертации опубликовано 32 научные работы, в том числе одна монография. Основные результаты опубликованы в 21 статье.
Личный вклад автора. Основные идеи, постановка задач в совместных работах принадлежат автору диссертапив,за исключением работ [16, 17, 18, 12, 14], в которых вклад авторов был равным. Работа [16] выполнялась под руководством Г.П. Курбаткина.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Все-
союзных конференциях по проекту " Разрезы" (Одесса,1984,1988,1990), Международной рабочей группе по краткосрочному прогнозу и анализу (София,1986), Конференции КАПГ "Взаимосвязь региональных и глобальных процессов в атмосфере и гидросфере" (Тбили-си,1988),Международной рабочей группе КАПГ " Моделирование и диагноз климатической изменчивости" (Шверин, 1989),Всесоюзной конференции " Актуальные проблемы вычислительной и прикладной математики" (Новосибирск,1990), Международном совещании "Вычислительные технологии-94" (Новосибирск,1994), научных семинарах Вычислительного центра СОАН, Института вычислительной ма-тематики,Института физики атмосферы АН, Гидрометцентра России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 222 наименований. Общий объем работы составляет 317 страниц машинописного текста. Диссертация содержит 49 страниц с рисунками и 3 страницы с таблицами.