Введение к работе
Актуальность темы. Исследование процессов энерго- и мас-сообмена в приземном слое атмосферы вызывает в последние годы большой интерес. Это связано с необходимостью учета физических процессов, проходящих в пограничном слое атмосферы (ПСА) вообще и в приземном слое (ПС) в отдельности.
Известно, что турбулентный режим приземного слоя формируется под влиянием ряда метеорологических факторов и особенностей подстилающей поверхности. Роль поверхности в перераспределении энергии настолько велика, что в зависимости от ее свойств формируются погодные л климатические особенности в'различных пространственных и временных масштабах. Тепловой баланс, подстилающей поверхности исследован достаточно подробно и в этом-направлении выполнен ряд фундаментальных работ (Будыко М.И., Берлшд Т.Г., Константинов д.р. и др.).
Для оценки составляющих тєплоеого баланса широко приме- . няются градиентные методы. В этих методах, турбулентные потоки тепла, влаги и количества движения определяются по градиентам соответствующих величин в приземном слое атмосферы. Однако небольшая сеть теплобалансовых станций ограничивает широкое при- " менение этих методов для изучения теплового баланса по пространству и времени. Предпринимались некоторые попытки определения турбулентных потоков по оперативной метеорологической информации. В этих работах либо использовались статистические связи между внутренними и внешними параметрами, установленные , с помощью материалов градиентных наблюдений, либо грубая ап- .' проксимация для отношения Еоуэна. Однако в силу своей региональ-ности не нашли широкого применения. Все вышесказанное и определило необходимость построения схемы параметризации приземно- _ го слоя атмосферы с входными параметрами, являющимися обычными-сетевыми метеорологическими наблюдениями. Такая схема мояет найти широкое применение при изучении теплового баланса при отсутствии градиентных наблюдений. Это особенно важно для территории Гвинеи, где отсутствует сеть теплобалансовых наблюдений.
Цель и задачи исследования. Целью работы является построение схемы расчета потоков тепла и влаги лько на основе сетевых метеорологических наблюдений. Для ре',, .заци'л псстаатенной задачи в диссертационной работе выполнено:
-
разработан новый метод (названный параметризационным) определения составляющих теплового баланса на основе использования в качестве входной информации только оперативных метеорологических наблюдений;
-
разработана схема определения турбулентных характеристик приземного слоя и параметра устойчивости по стандартным метеорологическим наблюдениям;
-
сопоставлены результаты косвенных расчетов составляющих теплового баланса поверхности с результатами градиентных, пуль-сационных и теплобалансовых измерений;
-
проведено исследование распределения составляющих тентового баланса по территории Гвинеи.
Методика исследования. В рамках поставленной задачи, система уравнений для приземного слоя строится на основе теории подо- '. бия Конина-Обухова. Для замыкания использованы дополнительные зависимости универсальных функций профилей метеоэлементов от стратификации, вытекающие из полуэмпирической теории. В качестве граничного условия выо'ран уровень шероховатости и привлекалось уравнение теплового баланса для нахождения температуры подстилающей поверхности. Возникающие в системе неизвестные члены уравнения определялись расчетными способами: радиационный баланс -по известным расчетным методам, поток тепла в почву - из решения " уравнения теплопроводности. Кроме того, при определении потока влаги привлекалось еще уравнение потока влаги в почве для расчета влажности почвы. Замкнутая система решается методом итерации.
Научная новизна. В работе предложена схема параметризации приземного слоя на основе оперативной метеорологической информации, которая описывает основные процессы энергообмена в приземном слое и учитывает почти все основные факторы, влияющие на турбулентный режим. На основе этой схемы впервые построен простой оперативный метод расчета всех составляющих теплового баланса.поверхности суши, открывающей новые широкие возможности обработки массовых метеорологических наблюдений. Программа расчета может быть применена на любых ПЭВМ.
В схеме, кроме метеорологических параметров учитываются тепдофизические характеристики, влажность и другие свойства почвы, а также характеристики растительного покрова.
С помощью численных экспериментов получены количественные
оценки турбулентных характеристик приземного слоя при различных
метеорологических условиях и выявлены влияния свойств поверхнос
ти (шероховатости, типа почвы, растительного покрова) на турбу
лентный режим. .
Практическая ценность. Результаты, полученные в диссерта
ционной работе, могут быть использованы как в теоретических, так
и в прикладных работах, а именно:
для оценки потока явного и скрытого тепла в ячейках МОЦа;
при климатических расчетах пространственно-временной изменчивости всех составляющих теплового баланса;
при микрометеорологических исследованиях отдельных, ланд- . шафтов, испарения на орошаемых участках и пр.
Достоинство метода заключается в том, что, используя обычные метеорологические наблюдения, можно получить рмогие сложные параметры приземного слоя. Достоинство метода основано также на. том, что мы используем известные, хорошо апробированные ранее формулы и классическую теорию подобия приземного слоя, на. базе, которых и построен метод.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на отчетно-научных конференциях ОГМИ (1989, 1990, 1991 гг.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, , четырех глав и выводов. Общий объем работы составляет 190 страниц, в том числе 38 таблиц и 33 рисунка. Список литературы включает 130 работ (из них 42 работы зарубежных авіоров).
