Анотація до роботи:

Іванова О.В. Верифікація одновимірних моделей граничного шару атмосфери у відновленні просторово-часових змін метеорологічних величин над водною поверхнею. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. - Спеціальність 11.00.09 - метеорологія, кліматологія, агрометеорологія. – Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2008.

За допомогою одновимірних математичних моделей, розроблених в рамках -теорії турбулентності, здійснена спроба відтворити термодинамічну структуру та просторово-часові зміни метеорологічних величин граничного шару атмосфери (ГША) над океаном. На базі використання спеціалізованого архіву суднових спостережень з грудня 1978 року до листопада 1979 року, була здійснена верифікація використаних в дисертації моделей «» та «» замикання. Перша представляла собою стаціонарну баротропну модель завдяки умови виходу на сталий режим при фіксованих граничних умовах, а друга – нестаціонарну бароклинну неадіабатичну модель. В результаті, за допомогою моделі «» замикання були відтворені вертикальні структури ГША в різні сезони року, які характеризувалися найбільш ймовірним значенням масштабу довжини Моніна-Обухова на висоті 10 м. Модель «» замикання дозволила відновити сезонний хід основних метеорологічних величин, їх типові вертикальні профілі для кожного з місяців сезону, які порівнювалися з фактичним матеріалом, а також річні зміни турбулентних потоків імпульсу, тепла та вологи. Для визначення основних механізмів, які формують турбулентну структуру ГША над водною поверхнею, розраховані просторово-часові зміни складових рівняння балансу кінетичної енергії турбулентності.

У дисертації показані можливості одновимірних числових моделей відтворювати безліч термодинамічних структур при використанні обмеженого обсягу стандартної метеорологіної інформації та просторово-часові зміни метеорологічних величин над океаном на протязі цілого року. Аналіз отриманих результатів дослідження дозволив зробити наступні висновки:

1. Використання моделей «» та «»-замикання у випадку баротропної атмосфери дозволяє відтворити основні властивості вертикальної поведінки метеорологічних величин при безадвективних умовах, але розбіжності з фактом можуть бути істотними при значному впливі крупномасштабних процесів, зокрема горизонтальної адвекції температури.

2. Застосування навіть приблизних методів параметризації горизонтальної адвекції температури призводить до покращення опису просторово-часових змін основних метеорологічних величин та параметрів турбулентності.

3. Баротропна модель з «» замиканням дозволила зробити оцінку впливу турбулентного механізму в ГША на вертикальний розподіл метеорологічних величин, а саме:

а) якість відтворення вертикальних профілів метеорологічних величин у ГША залежить від якості відтворення характеристик приводного шару;

б) ступінь збігу розрахованого вертикального профілю температури у вільному ГША з даними вимірювань залежатиме, окрім параметризації вертикального турбулентного обміну та фазових переходів води в атмосфері, від параметризацій адвекції та радіаційних припливів тепла;

в) вертикальні профілі розрахованої швидкості вітру відбивають якісно та кількісно основні тенденції формування фактичного профілю вітру;

г) порядок величини коефіцієнта турбулентності у різні сезони року відбиває основні зміни турбулентного режиму на протязі року.

4. Для застосування фізично більш багатої математичної моделі з «» замиканням, яка включала в себе параметризації неадіабатичних припливів тепла і горизонтальної адвекції температури, необхідно було перш за все оцінити успішність цих параметризацій на базі фактичного матеріалу. Таким чином:

а) випробування двох методів розрахунку довгохвильових потоків радіації при наявності хмар (метод Фейгельсон та метод Хворостьянова) показало, що використання параметризаційної схеми Хворостьянова дає краще узгодження з даними спостережень, окрім випадків з несуцільною хмарністю у денний період;

б) якість відтворення та ступінь успішності розрахованої просторово-часової структури ГША з даними вимірювань, як виявилося, залежатиме не тільки від того, враховуються чи не враховуються бароклинні ефекти, але від того, яку форму ми встановимо для вертикального профілю горизонтального градієнта температури в ГША.

5. Моделювання термодинамічної структури ГША за допомогою наведеної одновимірної моделі, сформульованої з використанням відомих припущень, показує на протязі тривалого часу (цілого року) інтегрування не тільки стійке обчислювання, але й задовільне узгодження результатів розрахунку зі спостереженими даними, а саме:

а) часові розподіли, статистичні оцінки узгодження фактичних та розрахованих даних вказують на найбільшу успішність відтворення метеорологічних величин в верхній частині ГША у всі сезони року. Зі зменшенням висоти відповідність факту та розрахунків зменшується;

б) приземні потоки імпульсу, отримані за результатами розрахунків, відбивають основні закономірності річної поведінки приземних потоків імпульсу за фактичними даними, хоча й з заниженням у всі місяці року. Турбулентні потоки тепла та вологості за розрахунками біля поверхні океану в цілому та за окремі місяці, окрім лютого, кількісно та якісно добре узгоджуються з турбулентними потоками тепла та вологості за даними спостережень;

в) вертикальна структура основних метеорологічних величин за розрахунками має добре узгодження з відповідними фактичними даними. Тобто, в зимові та осінні місяці модель відтворює посилену швидкість та значні зсуви вітру, хоча й дещо занижує його. В теплі сезони року, навпаки, - повторює фактичне зменшення швидкості та встановлення незначних зсувів вітру. Розраховані вертикальні профілі температури повітря мають розбіжність з даними вимірювань не більшу 2 ⁰С.

г) Результати розрахунків турбулентного режиму ГША на базі використання рівняння балансу КЕТ показали чіткий сезонний хід його складових та домінуючий вплив процесів генерації та дисипації, а в осінньо-зимовий період ще й роботи сил плавучості.

6. Підключення такої моделі ГША в регіональну або глобальну моделі сприяє уникненню необхідності штучної параметризації горизонтальної адвекції температури та змін сили баричного градієнта з висотою, що повинно призвести до покращення узгодження результатів розрахунку з фактичними даними.

Публікації автора:

1. Тарнопольский А.Г. Математическое моделирование вертикальной структуры пограничного слоя атмосферы над морем / А.Г. Тарнопольский, Е.В. Перекалин // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. – 2002. – Вып. 47. – С. 13-23.

2. Іванова О.В. Параметризація хмарності і довгохвильового випромінювання в моделі граничного шару атмосфери над водною поверхнею / О.В. Іванова // Вісник Одеського державного екологічного університету. – 2005. – Вип. 1. – С. 53-62.

3. Іванова О.В. Опис структури граничного шару атмосфери над морем за допомогою нестаціонарної математичної моделі / О.В. Іванова, О.Л. Казаков // Вісник Одеського державного екологічного університету. – 2006. – Вип. 2. – С. 88-100.

4. Казаков О.Л. Випробування одновимірної моделі у відтворенні сезонної структури граничного шару атмосфери над водною поверхнею / О.Л. Казаков, О.В. Іванова // Вісник Одеського державного екологічного університету. – 2007. – Вип. 4. – С. 192-203.

5. Перекалин Е.В. Математическое моделирование вертикальной структуры атмосферного пограничного слоя над морем / Е.В. Перекалин // Тези доповідей ІІІ наукової конференції молодих вчених. - Одеса: ТЕС. – 2003. – С. 79-82.

6. Перекалин Е.В. Численное моделирование пограничного слоя атмосферы в районе океанической станции «С» / Е.В. Перекалин, А.Л. Казаков // Тези доповідей IV наукової конференції молодих вчених. - Одесса: ТЕС. – 2004. – С. 163-165.

7. Иванова Е.В. Методы выявления облачных слоев и расчета длинноволнового излучения в тропосфере / Е.В. Иванова // Тези доповідей V наукової конференції молодих вчених. - Одесса: ТЕС. – 2005. – С. 116-117.

8. Иванова Е.В. Описание структуры пограничного слоя атмосферы над морем с помощью нестационарной математической модели / Е.В. Иванова // Тезисы докладов II конференции молодых ученых национальных гидрометслужб государств-участников СНГ. – Москва, 2006 – С. 26-26.

9. Ivanova E.V. Test of the one-dimensional model as to reproduce the seasonal structure of the atmospheric boundary layer over water surface / E.V. Ivanova, A.L. Kazakov // Program&Abstracts International Conference and Young Scientists School on Computational Information Technologies for Environmental Sciences. – Tomsk, 2007. – P. 36-36.

Анотації