НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o057.pdf (1617.59Кб)

УДК 551.5; 519.6

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Реализована гидродинамическая трехмерная глобальная климатическая модель, включающая блоки модели общей циркуляции атмосферы, термохалинной крупномасштабной циркуляции океана, эволюции морского льда. До этого в качестве модели атмосферы использовалась достаточно сильно агрегированная энерго-влаго-балансовая модель атмосферы для температуры и влажности приземного слоя. Модель общей циркуляции атмосферы существенно более сложная и позволяет более адекватно описывать процессы в атмосфере. Функционирование совместной климатической модели рассматривается в режиме сезонного хода солнечной радиации.
Рассматривается процедура организации совместных расчетов модели океана и модели общей циркуляции атмосферы. Для их совместной работы необходима синхронизация ряда параметров в обеих моделях. В связи с этим развита процедура двумерной интерполяции данных, определённых на расчетных сетках модели океана и модели атмосферы и обратно. Особенностью этой задачи является несовпадение узлов сеток и конфигураций материков в моделях. Проведены долговременные расчеты на период более 400 лет по совместной модели, которые показали ее устойчивую работу. Обсуждаются результаты расчетов и сравнение с данными наблюдений.
Приведен график средней глобальной температуры атмосферы в зависимости от времени в установившемся режиме, демонстрирующий наличие межгодичной изменчивости температуры атмосферы в установившемся состоянии климатической системы. Представлено распределение разности температур поверхности океана из данных наблюдений и из модели термохалинной циркуляции океана для января месяца. Заметные отклонения температуры наблюдаются в области вблизи Антарктиды. По-видимому, это связано с неточностями при расчете распределения морского льда в модели. Географическое распределение температуры поверхности океана для января месяца при совместном расчете демонстрирует в целом зонально однородную структуру изолиний с заметными отклонениями от зональности вблизи материков, что согласуется с данными наблюдений. Расчетное поле температур атмосферы вблизи подстилающей поверхности для января при совместном расчете с моделью термохалинной циркуляции океана обладает сильной изменчивостью над материками.

1. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. IPCC WG I Fifth Assessment Report / ed. by T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex, P.M. Midgley. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), 2013. Режим доступа : http://www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_ALL_FINAL.pdf ( дата обращения 01.03.2015).
2. Пархоменко В.П. Моделирование и прогнозирование глобальных климатических и биосферных процессов // IV Всероссийская научная конференция "Математическое моделирование развивающейся экономики и экологии" (ЭКОМОД-2009): сб. тр. (г. Киров, 6-12 июля 2009 г.). Киров: ГОУ ВПО ВятГУ, 2010. С. 277-295.
3. Пархоменко В.П. Модель климата с учетом глубинной циркуляции Мирового океана // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. Естественные науки. 2011. Спец. вып. Математическое моделирование. С . 186-200.
4. Кочергин В.П. Теория и методы расчета океанических течений. М .: Наука , 1978. 128 с .
5. Samelson R.M., Vallis G.K. A simple friction and diffusion scheme for planetary geostrophic basin models // Journal of Physical Oceanography. 1997. Vol. 27, no. 1. P. 186-194. DOI: 10.1175/1520-0485(1997)027<0186:ASFADS>2.0.CO;2
6. Hogg A.Mc C., Dewar W.K., Killworth P.D., Blundell J.R. A quasi-geostrophic coupled model: Q-GCM // Monthly Weather Review. 2003. Vol. 131, no. 10. P. 2261-2278. DOI: 10.1175/1520-0493(2003)131<2261:AQCMQ>2.0.CO;2
7. Marsh R., Edwards N.R., Shepherd J.G. Development of a fast climate model (C-GOLDSTEIN) for Earth System Science. Internal Document No. 83. Southampton Oceanography Centre (SOC), 2002. 50 p. Available at: http://www.noc.soton.ac.uk/JRD/LSM/CGOLD/c-goldstein_report.pdf, accessed 01.03.2015.
8. Пархоменко В.П. Численные эксперименты на глобальной гидродинамической модели по оценке чувствительности и устойчивости климата // Инженерный журнал: наука и инновации . 2012. № 2. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/mathmodel/climate/45.html (дата обращения 01.03.2015).
9. Parkhomenko V. P., Tran Van Lang. Improved computing performance and load balancing of atmospheric general circulation model // Journal of Computer Science and Cybernetics. 2013. Vol. 29, no. 2. P. 138-148.
10. Arakawa A., Lamb V. Computational design of the basic dynamical processes of the UCLA general circulation model // In: Methods in Computational Physics. Vol. 17 / ed. by J. Chang . Academic Press, 1977. P. 174-207.
11. Белов П.Н., Борисенков Е.П., Панин Б.Д. Численные методы прогноза погоды. Л . : Гидрометеоиздат, 1989. 375 с .
12. Гейтс В.Л., Баттен Е.С., Кейл А.Б., Нельсон А.Б. Двухуровенная модель общей циркуляции атмосферы Минца-Аракавы: пер. с англ. Л .: Гидрометеоиздат , 1978. 239 с .
13. Thompson S.L., Warren S.G. Parametrization of outgoing infared radiation derived from detailed radiative calculations // Journal of the Atmospheric Sciences. 1982. Vol. 39. P. 2667-2680.
14. Shepherd J.G. Overcoming the CFL time-step limitation: a stable iterative implicit numerical scheme for slowly evolving advection-diffusion systems // Ocean Modelling. 2002. Vol. 4. P. 17-28.
15. Рябенький В.С. Введение в вычислительную математику. М .: Физматлит , 2000. 296 с .