Параметризация нелинейных физических процессов в системах мезомасштабного атмосферного моделирования

Актуальность
Решение задач численного прогноза погоды
Прогнозирование локальных погодных условий с высокой разрешающей способностью
Предсказание опасных явлений погоды (ураганы, наводнения, грозы, град и т. п.)
Повышение качества прогнозирования в целом
Моделирование климата
Повышение надёжности моделей долгосрочного прогноза климатических изменений
Исследование роли антропогенных воздействий
Методы активного воздействия на атмосферу
Разработка методов управления погодными явлениями (в перспективе)

Цели исследования
Выяснение роли нелинейных физических процессов в атмосферном моделировании
Представление ключевых нелинейных процессов в атмосферной модели
Разработка новой физической параметризации для современной системы мезомасштабного атмосферного моделирования

Объект и предмет исследования
Система атмосферного моделирования
Weather Research and Forecasting (WRF)
Решение уравнений движения
Параметризации физических процессов
Входные данные
(начальные
Условия)
Классы параметризаций в модели:
Микрофизические процессы
Конвекция
Планетарный пограничный слой
Модель земной поверхности
Процессы переноса излучения
Подсеточная турбулентность

Объект и предмет исследования
Параметризуемые физические процессы
Микрофизика
Частицы облачности, формирование и выпадение осадков
Конвекция
Формирование конвективной кучевой облачности
Планетарный пограничный слой
Перемешивание, диффузия и вязкость
Модель земной поверхности
Обмен теплотой и влажностью с поверхностью
Процессы переноса излучения
Поглощение и излучения атмосферой и поверхностью
Подсеточная турбулентность
Турбулентная вязкость, перемешивание, диффузия

Объект и предмет исследования
Микрофизические процессы

Научная гипотеза
Реализация нелинейных процессов, связанных с фазовыми переходами воды, в микрофизических параметризациях позволит существенно повысить качество моделирования сложных атмосферных явлений, таких как циклоны, ураганы, грозы и т.п.

Основные результаты моделирования
[ Hong, Lim (2006), J. Kor. Met. Soc. ]

Основные результаты моделирования
[ Hong, Lim (2006), J. Kor. Met. Soc. ]

Основные результаты моделирования
WSM6 – схема с 6 классами гидрометеоров
[ Hong, Lim (2006), J. Kor. Met. Soc. ]
WSM3 WSM5 WSM6
Параметризация микрофизики
Отраж. способность

Основные результаты моделирования
Расчёт энергии неустойчивости
CAPE (Дж / кг)
Энергия неустойчивости напрямую связана с моделированием интенсивных явлений (грозы, ураганы)

Основные результаты моделирования
Расчёт для облака радиусом 5000 м
Усреднённые значения
Вертикальной скорости
Потенциальной температуры
Влажности
Схема микрофизики Purdue / Lin
Для сравнения: результаты вычислений одномерной модели облака
[ Chen, Sun (2002), J. Met. Soc. Jap. ]

Научная новизна
Показана возможность реализации нелинейных физических процессов в микрофизических параметризациях реальной современной системы атмосферного моделирования
Разработана новая схема параметризации микрофизических процессов для системы WRF
Новая схема позволяет повысить качество моделирования атмосферных процессов

Положения, выносимые на защиту
Представление нелинейных процессов в физических параметризациях атмосферных моделей позволит улучшить качество моделирования
Ключевым для нелинейных эффектов компонентом представления физики в моделях атмосферы является параметризация микрофизических процессов

Спасибо за внимание
Спасибо за внимание