CC BY
10Математические модели физики атмосферы, океана и окружающей среды 85
Задачи идентификации источников и производные задачи усвоения данных
В. С. Коноплева1-2, Ж. С. Мукатова2
1Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
2Новосибирский государственный университет
Email: v.konopleva@g.nsu.ru
DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10156
На примере одномерной модели адвекции-диффузии сравниваются алгоритмы усвоения данных и решения обратной задачи.
Задача усвоения данных рассматривается как последовательность взаимосвязанных обратных задач, например задач идентификации источников. При этом задача поиска источников может быть вспомогательной для оценки функции состояния в областях, где отсутствуют данные измерений.
Изучается связь между решением задачи усвоения данных с разными "окнами усвоения'' и решением исходной обратной задачи, когда все данные измерений доступны к началу ее решения. Для решения обратных задач используются вариационные методы, в том числе и на основе прямых алгоритмов [1]. Сравнение производится численно. Сравниваются время вычислений и точность.
Работа выполняется при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований 20-01-00560. Список литературы
1. Penenko, A.; Mukatova, Z. S.; Penenko, V. V; Gochakov, A. & Antokhin, P. N. Numerical study of the direct variational algorithm of data assimilation in urban conditions // Atmospheric and ocean optics. 2018. N 31. P. 456-462.
Rossby wave breaking events in represent of some weather patterns in the northern extratropics
V. Krupchatnikov1,2,3, I. Borovko1,2, G. Platov2,3
1 Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS 2Novosibirsk State University
3Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS 4Siberian Regional Hydrometeorological Research Institute Email: krupchatnikov@sscc.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10323
This paper presents an algorithm for identifying of a Rossby wave breaking and determining its characteristics to provide an indication of the range of circulation patterns that have been referred to as blocking. The blocking is class of weather systems in the middle to high latitudes. Rossby wave breaking is process, where the extended ridge is folded over in either a cyclonic or an anticyclonic sense. In the wave-breaking events, the meridional PV gradient is reversed, and the PV anomalies can form a block with the anticyclonic PV anomaly on the poleward side of the cyclonic anomaly. To test the algorithm, we used ERA-Interim reanalysis data (Dee et al., 2011) with a horizontal resolution of 0.75°x0.75° and data of modeling with climate system model INMCM-5.0
This work was supported by the RFBR (Grants 16-05-00558a, 17-05-00382a).
Моделирование многолетней динамики речного стока в бассейне р. Лены
А. И. Крылова1, Н. А. Лаптева2
1Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Государственный научный Центр вирусологии и биотехнологии "Вектор" Email: alla@climate.sscc.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10145
В качестве валидационного исследования результаты совместного использования линейной резер-вуарной модели и линейной модели формирования водного баланса в русловой сети для расчета речного стока в бассейне р. Лены сравниваются с данными наблюдений на 18 гидрометрических станциях бассейна. Для оценки годовых циклов речного стока вблизи устья реки и 17 станций используются глобальная база данных реанализа MERRA и данные наблюдений по стоку рек Арктического бассейна за 1980-2000 гг., взятые с сайта R-ArcticNet.sr.unh.edu. Для оценки речного стока используется построенная гидрологически корректная цифровая модель рельефа бассейна р. Лены с разрешением (1/3)°х(1/3)°. Качество воспроизведения оценивается посредством сопоставления временных рядов
86
Секция 5
рассчитанного речного стока с измеренными значениями. В качестве критериев оценки рассматривались статистические характеристики: систематическая ошибка расчета, коэффициент корреляции и эффективность расчета по Нэшу - Сатклиффу. Показано, что линейные модели адекватно воспроизводят годовой ход речного стока с высоким весенним половодьем и межгодовую динамику речного стока при условии достаточно хорошей согласованности схематизированной сети речных каналов с реальной речной сетью.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИВМиМГ СО РАН (проект №0315-2019-0004) и при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 20-05-00241).
Вихревое перемешивание импульса и тепла в устойчиво стратифицированных пограничных слоях: численное исследование
Л. И. Курбацкая
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Email: L. Kurbatskaya@ommgp.sscc.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10146
В работе анализируются особенности турбулентного переноса импульса и тепла в нейтрально стратифицированном и устойчиво стратифицированном пограничном слое атмосферы (ПСА) и возможности их учета в RANS (Reynolds Average Navier Stokes) моделях турбулентности. К таким особенностям относится, например, перенос импульса (но не тепла) внутренними гравитационными волнами в условиях сильной устойчивости, формирование струи низкого уровня. Модели для вихревых коэффициентов диффузии импульса и тепла получены в результате записи дифференциальных уравнений для напряжений Рейнольдса и вектора турбулентного потока тепла в слабо равновесном приближении, в котором пренебрегается адвекцией и диффузией некоторых безразмерных величин. Явная алгебраическая модель рейнольдсовых напряжений и вектора турбулентного потока тепла для пограничного слоя тестируется в нейтрально стратифицированном и устойчиво стратифицированном пограничном слое атмосферы над однородной шероховатой поверхностью. В рассматриваемом варианте алгебраической модели, построенной на физических принципах RANS приближения для стратифицированной турбулентности, используются три прогностических уравнения: для кинетической энергии турбулентности, скорости ее спектрального расходования и дисперсии температурных флуктуаций. Результаты тестирования показывают правильное воспроизведение основных характеристик нейтрального и устойчивого ПСА: компонент скорости среднего ветра, угла поворота ветра, турбулентную статистику. Тестовые расчеты показывают, что данная модель может быть использована для целенаправленных исследований атмосферного пограничного слоя при решении различных задач окружающей среды.
Работа была выполнена в рамках госзадания Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН № 0315-2019-0004, при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Новосибирской области в рамках научного проекта 18-48-540005 и частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 20-01-00560А.
Список литературы
1. Kurbatskii A. F., Kurbatskaya L. I. Eddy transport in the stably stratified planetary boundary layers and in the free atmosphere: upper troposphere and lower stratosphere [10833-91], 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics. Proceedings of SPIE 0277-786X, V. 10833, 2018. [10833-91]. 10833 7F.
2. Курбацкий А. Ф., Курбацкая Л. И. Явная алгебраическая модель турбулентности планетарного пограничного слоя: тестовый расчет нейтрально стратифицированного атмосферного пограничного слоя // Теплофизика и аэромеханика. 2017. Т. 24, № 5. С. 725-738.
