Апробация параметризаций турбулентности пограничного слоя атмосферы над океанической поверхностью

Авторы: Иванова Е. В.

Год: 2017

Выпуск: 22

Страницы: 45-60

Аннотация

В статье осуществлена апробация параметризаций турбулентных процессов в атмосферном пограничном слое на основании разных методов замыкания системы дифференциальных уравнений над океанической поверхностью. В группу этих методов входят модели от первого до 1,5 порядков замыкания. Проверка успешности использования схем параметризаций турбулентности производится на базе фактического материала. Количественное согласие с натурными данными оценивалось с помощью коэффициентов корреляции и различия по сезонам и за год в целом. Качественный анализ проводился на основе сопоставления осредненных профилей за каждый месяц года и временного хода на опорных уровнях основных метеорологических величин.

Теги: метеорологические величины; одномерная модель; параметризация; пограничный слой; порядок замыкания; турбулентность

Список литературы

  1. Hortal M. Aspects of the numerics of the ECMWF model. Recent developments in numerical methods for atmospheric modelling, Procs. of the ECMWF Seminar 7–11. September 1998, Reading, UK: 1999, P. 50.
  2. Dandou A., Tombrou M., Kalogiros J., Bossioli E., Biskos G., · Mihalopoulos N., Coe H. Investigation of Turbulence Parametrization Schemes with Reference to the Atmospheric Boundary Layer Over the Aegean Sea During Etesian Winds. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 164, no 2, pp. 303-329.
  3. Adriano Battisti, Otávio C. Acevedo, Felipe D. Costa, Franciano S. Puhales, Vagner Anabor, Gervásio A. Degrazia. Evaluation of Nocturnal Temperature Forecasts Provided by the Weather Research and Forecast Model for Different Stability Regimes and Terrain Characteristics. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 162, no 3, pp. 523-546.
  4. Ben Yang, Yun Qian, Larry K. Berg, Po-Lun Ma, Sonia Wharton, Vera Bulaevskaya, Huiping Yan, Zhangshuan Hou, William J. Shaw. Sensitivity of Turbine-Height Wind Speeds to Parameters in Planetary Boundary-Layer and Surface-Layer Schemes in the Weather Research and Forecasting Model. Boundary-Layer Meteorol,. 2017, 162, no 1, pp. 117-142.
  5. Nielsen-Gammon JW, Hu X-M, Zhang F, Pleim JE Evaluation of planetary boundary layer scheme sensitivities for the purpose of parameter estimation. Mon Weather Rev, 2010, 138, no 9, pp. 3400–3417.
  6. Атлантический и Индийский океаны: атлас океанов. Л.: МО, 1977.
  7. Казаков О. Л., Іванова О. В. Радіаційні потоки – ключовий фактор взаємодії між атмосферою та океаном. Короткохвильові потоки // Вісник Одеського державного екологічного університету. 2009. Вип. 8. С. 168-181. (http://bulletin.odeku.edu.ua/uk/category/2009-uk/08-uk/#post-4795)
  8. Zhao C, Liu X, Qian Y, Yoon J, Hou Z, Lin G, McFarlane S, Wang H, Yang B, Ma PL, Yan H, Bao J A sensitivity study of radiative fluxes at the top of atmosphere to cloud-microphysics and aerosol parameters in the community atmosphere model CAM5. Atmos Chem Phys, 2013, 13, no 21, pp. 10969–10987.
  9. Bénard P., Vivoda J., Masek J., Smoliková P., Yessad K., Smith Ch., Brozková R., Geleyn J.-F. Dynamical kernel of the Aladin NH spectral limitedareamodel: Revised formulation and sensitivity experiments, Quart. J. Roy. Meteorol. Soc., 2010, Vol. 136, рр. 155–169.
  10. Girard C., Benoit R., Desgagné M. Finescale topography and the MC2 dynamics kernelю. Mon. Weather Rev, 2005, Vol. 133, рр. 1463– 1477.
  11. Толстых М. А. Полулагранжевая модель атмосферы ПЛАВ. Гидрометцентр России, Институт вычислительной математики РАН, 2010, 24 с.
  12. Толстых М. А., Желен Ж.-Ф., Володин Е. М., Богословский Н. Н., Вильфанд Р. М., Киктев Д. Б., Красюк Т. В., Кострыкин С. В., Мизяк В. Г., Фадеев Р. Ю., Шашкин В. В., Шляева А. В., Эзау И. Н., Юрова А. Ю. Разработка многомасштабной версии глобальной модели атмосферы ПЛАВ. Метеорология и гидрология, 2015, № 6, с. 25-35.
  13. Farah Kanani-Sühring, Siegfried Raasch Enhanced Scalar Concentrations and Fluxes in the Lee of Forest Patches: A Large-Eddy Simulation Study. Boundary-Layer Meteorol,. 2017, 164, no 1, pp. 1-17.
  14. David E. Jahn, Eugene S. Takle, William A. Gallus Jr. Improving Wind-Ramp Forecasts in the Stable Boundary Layer. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 163, no 3, pp. 423-446.
  15. Shamsoddin Sina, Porté-Age Fernando. Large-Eddy Simulation of Atmospheric Boundary-Layer Flow Through a Wind Farm Sited on Topography. Boundary-Layer Meteo-rol.. 2017, 163, no 1, pp. 1-17.
  16. Englberger Antonia,·Dörnbrack Andreas. Impact of Neutral Boundary-Layer Turbulence on Wind-Turbine Wakes: A Numerical Modelling Study. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 162, no 3, pp. 427-449.
  17. George H. Bryan,· Rochelle P. Worsnop, Julie K. Lundquist, Jun A. Zhang. A Simple Method for Simulating Wind Profiles in the Boundary Layer of Tropical Cyclones. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 162, no 3, pp. 475-502.
  18. Malbakhov V. M., Shlychkov V. A. Numerical modeling of a coherent structures ensemble with convection in the atmospheric boundary layer. Bull. Novosib. Comput. Cent. Ser. Numer. Model. Atmos., Ocean and Environ. Stud, 2001, no 7, pp. 35-41.
  19. Letzel Maraus Oliver, Raosch Siegfried. Large eddy simulation of thermally induced oscillations in the convective boundary layer. J. Atmos. Sci., 2003, 60, no 18, pp. 2328-2341.
  20. Zilitinkevich S. S., Esau I. N. On integral measures of the neutral barotropic planetary boundary layer. Boundary-Layer Meteorol., 2002, 104, no. 3, pp. 371 — 379.
  21. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. С.-Пб.: Издательство Политехнического университета, 2012, 88 с.
  22. Hrebtov M., Hanjali´c K. Numerical Study of Winter Diurnal Convection Over the City of Krasnoyarsk: Effects of Nonfreezing River, Undulating Fog and Steam Devils. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 163, no. 3, pp. 469-495.
  23. Cuxart J., Holtslag A.A.M., Beare R.J., Bazile E., Beljaars A. etc. Single-column model intercomparison for a stably stratified atmospheric boundary layer. Boundary-Layer Meteorology, 2006, no. 118, pp. 273-303.
  24. Weng Wensong, Taylor Peter A. On modeling the one-dimensional atmospheric boundary layer. Bounday-Layer Meteorol., 2003, 107, no 2, pp. 371-400.
  25. Lech Łobocki Turbulent Mechanical Energy Budget in Stably Stratified Baroclinic Flows over Sloping Terrain. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 164, no. 3, pp. 353-365.
  26. David E. Jahn, Eugene S. Takle, William A. Gallus Jr. Wind-Ramp-Forecast Sensitivity to Closure Parameters in a Boundary-Layer Parametrization Scheme. Boundary-Layer Meteorol., 2017, 165, no. 3, pp. 475-490.
  27. Суперкомпьютерное моделирование в физике климатической системы / Лыкосов В .Н. и др. М.: Издательство Московского университета, 2006. 295 с.
  28. Зилитинкевич С. С., Эльперин Т., Клиорин Н., Рогачевский И. Замыкание уравнений Рейнольдса для устойчиво стратифицированных турбулентных течений в атмосфере и океане // Український гідрометеорологічний журнал. 2009. № 4. С. 75-102. (http://uhmj.odeku.edu.ua/uk/category/2009-uk/04-uk/#post-4933)
  29. Cuxart J., Holtslag A.A.M., Beare R.J., Bazile E., Beljaars A. etc. Single-column model intercomparison for a stably stratified atmospheric boundary layer. Boundary-Layer Meteorology, 2006, no. 118, pp. 273-303.
  30. Демченко П. Ф. Параметризация высоты планетарного пограничного слоя при переходе к устойчивой стратификации // Мат. моделирование процессов в пограничных слоях атмосферы и океана. М., 1989. С. 23-26.
  31. Chimonas G. Steps, waves and turbulence in the stably stratified planetary boundary layer. Boundary-Layer Meteorol., 1999, 90, no. 3, pp. 397-421.
  32. Mitzeva Rumjana, Gerova Gerdana. Numerical study of the heat and moisture exchange in the morning boundary layer. Idojaras, 2000, 104, no 2, pp. 109 — 122.
  33. Казаков А. Л., Иванова Е. В. Апробация численной модели пограничного слоя атмосферы на основании данных эксперимента Wangara // Вісник Одеського державного екологічного університету. 2010. Вип. 10. С. 97-110. (http://bulletin.odeku.edu.ua/uk/category/2010-uk/10-uk/#post-4300)
  34. Монин А. С., Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1992. T. 1: Теория турбулентности. 694 с.
  35. Казаков А. Л. О параметризации взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью при численном моделировании атмосферных процессов // Труды ЗапСибНИИ. М.: Гидрометеоиздат, 1982. Вып. 5. C. 3-20.
  36. Динамическая метеорология. Теоретическая метеорология / под ред Д. Л. Лайхтмана. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 607 с.
  37. Марчук Г. И. Численное решение задач динамики атмосферы и океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 303 с.
  38. Лыкосов В. Н., Платов Г. А. Численное моделирование пограничного слоя атмосферы над ЭАЗО Куросио // Математическое моделирование процессов в пограничных слоях атмосферы и океана. М.: ОВМ АН-СССР, 1988. С. 66-93.
  39. Казаков А. Л., Лыкосов В. Н. К вопросу о параметризации тепловлагообмена при штормах применительно к задачам взаимодействия атмосферы и океана // Метеорология и гидрология. 1980. № 8. С. 58-64.
  40. Колинко А. В. Статистическая структура крупномасштабных океанологических полей на Ньюфаундленском энергетическом полигоне // Метеорология и гидрология. 1990. № 8. С. 102–107.
  41. Атлантический и Индийский океаны: атлас океанов. Л.: МО, 1977.
  42. Казаков О. Л., Іванова О. В. Радіаційні потоки – ключовий фактор взаємодії між атмосферою та океаном. Короткохвильові потоки // Вісник Одеського державного екологічного університету. 2009. Вип. 8. С. 168-181. (http://bulletin.odeku.edu.ua/uk/category/2009-uk/08-uk/#post-4795)
Скачать полный текст (PDF)