Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В «РСМЦ Хабаровск» в настоящее время эксплуатируется в оперативном, экспериментальном и исследовательском режимах несколько моделей. Это 11-уровенная гидродинамическая модель MLp 11-100/50 (разработана в Гидрометцентре России, автор В.М. Лосева) в изобарической системе координат на плоскости стереографической проекции с горизонтальным разрешением 100 км и 50 км с заблаговременностью до 48 ч. Кроме полей основных метеорологических элементов (геопотенциала, компонент скоростей ветра, температуры и влажности воздуха) на основных изобарических поверхностях модель продуцирует поля почасовой интенсивности осадков. На базе этой информации готовятся прогнозы полусуточных сумм осадков в пунктах Дальневосточного региона России с заблаговременностью 24, 36, 48 ч, прогнозы скорости и направления приземного ветра с заблаговременностью от 6 до 48 ч с временным интервалом в 6 ч в точках плоскости стереографической проекции с заданными координатами. Кроме того функционирует более совершенная версия региональной гидродинамической модели прогноза полей метеоэлементов того же автора: неадиабатической, 22-уровенной в σ-системе координат с горизонтальным разрешением 50 км, более детальным описанием физических процессов в пограничном слое атмосферы с учетом широкого спектра радиационных компонент [6,7]. Эта модель носит условное название MLσ 22-50. В качестве основы для новой версии системы краткосрочного прогноза погоды в ДВ-регионе для РСМЦ Хабаровск была выбрана модель WRF-ARW Национального центра атмосферных исследований США. Модель снабжена рядом встроенных компонент параметризации мезомасштабных процессов различных разработчиков, что дает возможность подбора того варианта параметризации, который больше подходит к физико-географическим условиям той или иной территории. Полный перечень выходной продукции модели весьма обширен и включает в себя практически все компоненты необходимые для формирования продукции, регламентированной ВМО к выпуску для РСМЦ с географической специализацией.

Целью настоящей работы являлось исследование реакции гидродинамической модели прогноза погоды на качество исходных данных, сравнительный анализ и оценки качества полей температуры, получаемых из различных источников данных, как наиболее важного параметра текущего состояния атмосферы.

Для определения допустимого качества исходных данных, при котором возможно их использование, была поставлена задача исследовать чувствительность гидродинамической модели прогноза полей метеоэлементов MLp 11-100 [6] к качеству начальных данных. Модель MLp 11-100 является моделью синоптического масштаба и была выбрана для исследования по следующим причинам: наличие и прозрачность программного кода, высокое качество прогноза осадков для своего пространственного шага (100 км), не требует больших вычислительных ресурсов.

В работе исследовалась реакция модели MLp 11-100 на исходные данные со следующими характеристиками:

– влияние суточного хода значений метеоэлементов;

– влияние сезонного хода;

– влияние заблаговременностей прогноза метеоэлементов в исходных данных;

– влияние несогласованности входных полей (геопотенциала, температуры, ветра);

– замена геопотенциала на температуру.

Одной из основных характеристик состояния атмосферы является температура и её распределение по высотам. Для оценки возможности использования данных о температуре из различных источников в практике ФГБУ «Дальневосточное УГМС» (далее, РСМЦ Хабаровск) была поставлена задача разработать методы, алгоритмы и программное обеспечение для расчета оценок степени близости исследуемой информации, получаемой из различных источников данных наблюдений, и провести их сравнительный анализ для определения степени достоверности поступающих данных. Работа выполнялась под руководством заведующим отделом гидрометеорологических исследований и прогнозов ФГБУ «ДВНИГМИ» к.г.н. Е.М. Вербицкой.

Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (Хабаровск, 2015), результаты диссертации опубликованы в работе [22].

1 Гидродинамическая 11-ти уровенная модель регионального прогноза полей метеоэлементов

Модель MLp 11-100 является моделью синоптического масштаба и была выбрана для исследования по следующим причинам: наличие и прозрачность программного кода, высокое качество прогноза осадков для своего пространственного шага (100 км), не требует больших вычислительных ресурсов.

Модель предназначена для прогноза полей метеоэлементов на 11-ти стандартных р-уровнях: 1000, 925, 850, 700, 500, 400, 300, 250, 200, 150, 100 гПа в узлах сетки стереографической проекции. Она позволяет рассчитывать прогноз полей геопотенциала (Н), температуры (Т), компонент скорости ветра (U, V), фактического влагосодержания (Q), на указанных уровнях и прогноз поля осадков. В модели применяется разработанный автором (В.М. Лосев) [7,8] оригинальный эффективный полунеявный метод интегрирования системы уравнений на сетке С Аракавы [9]. В основу метода положена схема «чехарда». Известно, что при реализации схемы «чехарда» в начале прогноза присутствуют ложные высокочастотные временные осцилляции метеорологических величин. Они являются следствием несогласованности полей ветра и геопотенциала (применительно к уравнениям гидротермодинамики) и имеют значительную амплитуду. Эти колебания не исчезают, вообще говоря, в течение всего срока прогноза. Однако их амплитуда уменьшается в процессе интегрирования системы в основном за счет использования временного фильтра Асселина [10]. На качество прогноза геопотенциала, ветра и температуры с заблаговременностью 24 часа и более эти осцилляции практически не влияют, но в прогноз осадков (особенно на первые сутки) они вносят весьма значительные ошибки. Это происходит из-за того, что амплитуда колебаний вертикальной компоненты скорости зачастую превышает ее среднее значение. А как раз именно величина вертикальной компоненты скорости и является определяющей при прогнозе осадков. Поэтому, особое внимание при разработке модели автор уделил проблеме нелинейной инициализации полей ветра и геопотенциала. Из неадиабатических факторов в модели учитывается приземное трение и фазовые переходы влаги [12]. Важной особенностью модели является учет водности в качестве эволюционной переменной и реализация нового подхода к проблеме замыкания задачи об обложных осадках из двухфазной ячейки.

Ниже в разделе приводится краткое описание модели, взятое из [7] с некоторыми сокращениями и изменениями обозначений.

1.1 Система уравнений модели

Исходными уравнениями в р-системе координат на плоскости стереографической проекции являются пять эволюционных уравнений:

– два уравнения движения (1.1, 1.2) в форме Громеко–Лэмба, служащие для определения изменения компонент горизонтальной скорости U и V;

– уравнение притока тепла (1.3), предназначенное для определения изменения температуры Т;

– уравнение для удельных значений влажности q_v (1.4) и водности q_w (1.5); и два диагностических:

– уравнение гидростатики (1.6) для расчета геопотенциала (Н);

– уравнение неразрывности (1.7) для расчета вертикальной скорости ().

Исходная система имеет вид

(1.1)

(1.2)

(1.3)

(1.4)

(1.5)

(1.6)

, (1.7)

где m – масштабный множитель при переходе от поверхности Земли к плоскости стереографической проекции: m=(1 + sin₀) / (1 + sin).

Под u и v в системе (1.1) – (1.7) подразумеваются величины /m², /m², где – скорости на плоскости стереографической проекции =u_зm, =v_зm (u_з, v_з – скорости на поверхности Земли).

– уравнение неразрывности,

=f +m² – полный вихрь,

e=m²(u² + v²) 12 – кинетическая энергия,

=р / 1000 – вертикальная координата (р – давление),

– вертикальная скорость в  системе координат,

Ф=gH, (H – геопотенциал) – потенциальная энергия единицы массы,

_a=0.01К/m – адиабатический градиент охлаждения,

R=287,04 [Дж / (кгК)] – газовая постоянная сухого воздуха,

g – ускорение свободного падения.

Область интегрирования системы (1.1) – (1.7) по горизонтали – прямоугольник на карте стереографической проекции (см. рисунок 1.1); по вертикали от =0 (р=0 гПа) до =1 (р=1000 гПа).

Граничные условия по горизонтали – эволюционные величины u, v, T, q_v, q_w задаются на боковых границах как функции времени; они берутся из другого прогноза большей заблаговременности.

Граничные условия по вертикали

 = 0 при  =0 , (1.8)

, (1.9)

где Г₀(х, у) – функция высоты поверхности над уровнем моря. (1.9) – условие непротекания.

1.2 Конечно–разностная схема

Конечно–разностная аппроксимация системы (1.1)–(1.7) реализована на сетке С Аракавы [9], представленной на рисунке 1.1(а). Вертикальная структура модели изображена на рисунке 1.1(б).

H U H U H  = 0

_j=1 ––––––––––––– =0

 = 0,100

V Z V Z V k=1 ––––––––––––– u, v, Ф,

— — — — — T, q_v, q_w (k=1)

 = 0,150

H U H U H k=2 –––––––––––––

_j 



V Z V Z V 

 = 0,850

k=9 –––––––––––– u, v, , 

_j–1 H U H U H — — — — — T, q_v, q_w (k=9)

_{i=1 i i+1}  = 0,925

Характеристики

Список файлов ВКР