Многопараметрические радиационные динамические модели климата, основанные на полной системе уравнений динамики, начали развиваться тогда, когда для краткосрочного прогноза погоды стали использоваться вычислительные машины. За баротропными моделями Чарни [26] очень быстро последовало развитие бароклин-ных моделей, которые способны описать динамику погодных систем в средних широтах [27] и могут быть использованы не только для прогноза погоды, но и для изучения усредненных за большие временные интервалы характеристик состояния атмосферы. В 1956 году появилась работа Филлипса [36] с первыми результатами по численному моделированию общей циркуляции атмосферы. С тех пор модели общей циркуляции получили существенное развлтие.[ ...]
В основе моделей общей циркуляции атмосферы лежат уравнения движения, термодинамики, притока влаги, уравнения неразрывности, состояния и другие. Эти уравнения записываются в различных системах координат (декартовой, сферической, р-системе, ст-системе и др.) с учетом предположения, что масштаб горизонтальных движений много больше масштаба вертикальных (порядка 10 км). Основными прогностическими переменными являются горизонтальные и, V и вертикальная хю составляющие скорости ветра, температура Ту содержание водяного пара, задаваемое обычно его массовой долей qi и (в большинстве моделей) приземное давление р.[ ...]
Так как уравнения содержат производные по временным и пространственным координатам, то необходимо формулировать начальные и граничные условия, число которых должно быть равно порядку производных каждой переменной по каждой координате и времени.[ ...]
Распределение переменных по высоте описывается их значе ниями, определяемыми на ряде уровней по вертикали. Число уров ней изменяется от 2 до 18 и больше при исследованиях стратосферы и мезосферы. Увеличение разрешения по вертикали обеспечивает более точное описание динамических процессов и улучшение параметризаций. Горизонтальное разрешение большей части моделей составляет 2 - 5° по широте и долготе. Следует отметить, что увеличение разрешения приводит к существенному возрастанию объема вычислений. Используемые обычно конечио-разностиые аппроксимации имеют второй порядок точности и обеспечивают в первую очередь сохранение энергии и массы.[ ...]
Время расчета на ЭВМ СЯАУ-1 состояния атмосферы на один месяц с использованием 15-уровневой модели Европейского центра среднесрочного прогноза погоды определяется главным образом принятым в модели разрешением и изменяется от 0,5 до 12 ч.[ ...]
Однако указанные модели климата имеют и ряд серьезных недостатков. Вертикальная структура моделей базируется на предположении о равенстве вертикального температурного градиента равновесному. Их упрощенность не позволяет корректно описать очень важные атмосферные процессы, в частности образование облаков и конвективный перенос энергии, которые по своей природе являются трехмерными полями. Поэтому в этих моделях не учитывается обратное воздействие изменений климатической системы, обусловленных изменениями, например, облачного покрова, на характеристики последнего, и результаты моделирования могут рассматриваться лишь как первоначальные тенденции в эволюции реальной климатической системы при изменении свойств атмосферы и подстилающей поверхности.[ ...]
Несомненным достоинством моделей общей циркуляции атмосферы является то обстоятельство, что их физическая основа близка к реальной климатической системе и это позволяет проводить важные сравнения между результатами численного моделирования и данными эмпирических исследований. В этих моделях существующие обратные связи могут быть описаны более корректно, что дает возможность прогнозировать эволюцию климатической системы на более длительные временные интервалы, чем первоначальные тенденции. Один из основных недостатков моделей общей циркуляции атмосферы - грубое пространственное разрешение - обусловлен высокой стоимостью и большим объемом вычислений. Поэтому в моделях не воспроизводятся детали регионального климата. Успехи в развитии вычислительной техники и усовершенствовании данных моделей позволяют надеяться, что эти недостатки будут со временем устранены.[ ...]
Вернуться к оглавлению