Семинар Отдела динамики атмосферы 29.04.2025

Во вторник 29 апреля в конференц-зале в 12:00 состоится семинар ОДА "Численное моделирование пограничного слоя атмосферы и параметризация турбулентности для моделей земной системы" (диссертационная работа).

А.В.Дебольский [1,2]

1) Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ имени М.В.Ломоносова

2) Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН

Цель работы — исследование и улучшение интегральных и локально-одномерных моделей атмосферного пограничного слоя (АПС), использующихся в моделях прогноза погоды и климата. Для валидации использовались данные численных экспериментов вихреразрешающего моделирования (Large-Eddy Simulation, LES) в идеализированных постановках для конвективного, умеренно-устойчивого и сильно-устойчивого пограничного слоя атмосферы.

Для сухого конвективного и сдвигово-конвективного АПС рассматривались модель нулевого порядка. Эмпирические константы интегральной модели КПС, полученные по данным LES для случая свободной конвекции, хорошо согласуются с ранее опубликованными данными лабораторных и численных экспериментов. Для сдвигово-конвективного случая применена параметризация генерации ТКЭ за счет сдвига скорости в конвективном пограничном слое в терминах скорости трения и средней скорости ветра в КПС, что позволяет сформулировать интегральную модель сдвигового КПС, пригодную для практического использования.

Для устойчивой и сильно-устойчивой стратификации рассматривались модели первого порядка и двухпараметрические модели. Валидация моделей производилась в идеализированных экспериментов в постановках GABSL1 и van der Linden et. al (2019). Показано что что такой подход при задании равновесного состояния в двухпараметрических моделях, согласованного с теорией подобия Монина-Обухова позволяет точнее воспроизвести основные характеристики слабо нестационарных устойчиво-стратифицированных пограничных слоев. При этом использование замыканий первого порядка использующие такой же стационар и локальное обобщение ТПМО, незначительно ухудшает результаты моделирования.

Выбранные замыкания первого порядка были внедрены в версию Модель Земной системы ИВМ РАН. Это позволило уменьшить ошибку (отностительно реанализа) в приземных характеристиках при воспроизведении современного климата. Для дальнейшего улучшения параметризаций турбулентного перемешивания в АПС, на основе данных набора численных экспериментов с LES моделью производилась оптимизация констант замыкания первого порядка. Использование оптимизированной версии замыкания в климатической модели, незначительно улучшило воспроизведение приземных характеристик современного климата.