Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование среднезонального термодинамического режима средней атмосферы и влияния на него внутренних гравитационных волн

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование среднезонального термодинамического режима средней атмосферы и влияния на него внутренних гравитационных волн"

ГОСУДАРСТВЕННЫа КО'.КТЕТ РОССИЙСКОЙ СЕДЕРА1ДЯ ПО ВКШЕМУ ОбРАЗОВЛШЮ

гидрометеорологический институт

На правах рукописи УДК 551.513.072

Кузьмина Светлана Игоревна

Моделирование среднезонального термодинамического режима средней атмосферы и влияния на него внутренних гравитационных волн

(II.00.09 - метеорология, климатология, агрометеорология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой, степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1996

Российский государственный

рг 5 ОД 2 2 АПР 1У96

Работа выполнена на кафедре метеорологических прогнозов Российского государственного гидрометеорологического института

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Панин Б.Д. кандидат физико-математических наук, с.н.с. Юдин В.А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Солдатенко С.А.

кандидат технических наук Веселкин М.Л.

Ведущая организации: Главная геофизическая обсерватория

им.Л.И.Воейкова

Защита диссертации состоится " ^ " 1996 г.

в/-Г~ч8сов 31а заседании Специализированного Совета Д.063.19.02 Российского государственного гидрометеорологического института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Российского государстветюго гидрометеорологического института

Автореферат разослан дд/^^ 1995 г.

Ученый секретарь

Xül&ñ ЗШ>АКХЕК!СТЙКЛ РДбОТЫ

Актуалыюсть те:и исследования:

В каотолмзз врез.'л значительно возрос интерес к пследсванип вредней стгсс^зри (С/.). Прегдэ всего зто обусловлено юобходпзгастьзэ оцгкгд влияния з-аргзацзй солнечной активности а зктропогекннх воздействий на з:л:;г.зт. лроз.:з того, учет процессов, зроисходязпх в СЛ, вег.:зн для повышения качества прогнозов погоды ;редз:сй и большой заблзговрсзгензюстп, так иск дяш:.1г=ескоз ззаиззодаСстгэтэ ¡.:з~ду тропосфзрой п СА :.:о_:ст оказывать сузцестаетое злзлзсзе на вас лазпп тропосферной цнрззуляцзгз с вреизнзздя •засстабазгз от несколько:' дззей до нескольким несяцев.

Оснознам методом теоретичесзмго исследования С А является чпсленноз иоделироЕснле общей циркуляция, которое неЕозьзогно без [детального псслздозанля флозпззезшх процессов, определяли цннагачаеккй п тепловой реетзы СА. При этой особый интерес представляет анеллз ролл различного рода волновых движений, в той тесла внутренних гравзтацнозешх волн (БГВ), солнечных тарютескизс зралквоз, планетарных волн в форздфовзкии тарцодонаютескогэ репшз СА. Зорозтдаясь в основной в тропосфере и стратосфаре п распостраняясь в верхние слои, указанные типы волн под влияние« различных диссипативних иеханизхов п благодаря каюлодовоиу иелмюйноity взакз содействии способны оказывать существенное влияние на крупномасштабную циркуляцию и газовый состав атмосферы.

Для учета ВГБ-Зффектов в коделях обп^й циркуляции СА гароз:о используются различного рода параметризации процессов разрусезля п диссипации БГЗ. Основная слозность использования подобзых параметризаций состоит в задании спектра ВГВ.

Одакш из путей решения этой проблеш является использование эмпирически определенных спектров источников ВГВ. Однако, несмотря на быстро растущее число экспериментальных данных, относящихся х процессам генерации ВГВ, в настоящее время нельзя говорить о достижении достаточно высокой степени адекватности эипиричееккпх поделив источников ВГВ.

Другой подход предполагает использование теоретических посылок для определения спектра источников ВГВ. При этой спектр источника ищется как решение некоторой обратной задачи. Исследования российских и зарубежных ученых свидетельствуют о

плодотворности такого подхода. Однако, в настоящее время не существует достаточно хорош обоснованной и завераешюй методики решения данной задача.

В связи с этим весьма актуальной представляется задача разработки методов определегеш парапетров спектра ВГБ в райках второго кз укязашшх подходов. Полученные спектральше характеристики ВГВ могут бить использовали для учета БГБ-э&^ектов при ыоделпроваюш термодинамического резина средней атмосферы.

Целью работа является модстфоваше процессов, протекающие в средней атмосфере для изучения влияния БГВ на термодинамический решш и определения параметров спекура ВГВ.

Для достаачсия поставленной цели необходимо Сило решть следующие задачи:

1.Проанализировать состояние проблемы моделирования влияния ВГВ на средам зональный термодинамический реиш и проблемы задания спектра БГВ при проведения этого моделирования;

2. Разработать модель средназональной циркуляции на высотах ыезосферы и нижней термосферц, учитывающую притоки тепла и импульса за счет разрушения и диссипации ВГВ;

3.Разработать модель пршмышх движений на указанных высотах;

4. Разработать метод оценивания влияния вариаций параметров спектра ВГВ на термод:шаническпй ре:а:м средней атмосферы;

5. Разработать метод определешя параметров спектра ВГВ;

6. Провести численные зкепер'.тменти для оценки качества разработанных моделей;

7. На основе анализа результатов числешшх экспериментов оценить качество предлагаемых методов и разработанных моделей.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые разработаны численные модели и комплекс программ, которые позволяют решить задачу определения параметров спектра ВГВ, включая метод оценивания влияния вариаций параметров спектра ВГВ на терцоданаиический роким С& и метод определения параметров спектра БГВ. Получены оценки параметров спектра ВГВ. Разработана киазидвумерная модель среднезональной циркуляции I позволяющая оперативно производить оценки чувствительности к волновым эффектам. Практическая значимость работы

Подученные в диссертационной работе результаты могут быть использованы для учета ВГВ-зффектоа при моделировании общей

(яркуляшп средней атиоефзри. Чя сленнке иоде .та, реализованные в ¡аде комплекса прогрет для ЭЕМ, применимы для анализа и пгтерпрзтацки дашгах наблюдений о ВГВ, а такг.е для исследования шляния ЕГВ на термодииаютескпй регж: средней атмосферы.

Основные положения, выносите на аацяту

- Модель средшзотль::о;: циркуляции, учитывающая притоки тепла и ¡гаульса за счет разрушения и длсскпяцпн ВГВ;

- Метод оценивания влияния вариаций параметров спектра ВГВ нз гермодинаилческий реши средней атмосферы;

- Метод определения параметров спектра ЕГВ.

АпрсЗацпя работа

Материалы дпссертаца.1 докладывались и обсуждались на научных ¡емпнэрэх, прозсдгамх на каф-здре геофизическогообеспоченая ВКККИ ш.Л.Ф.Корейского, на кафедре метеорологических прогнозов РГГМИ. Толучензше в ходе исследования результаты были включены в ответы ю НИР "Спуск" и "Денетра" ГГП.С1.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит пз введения, трех глав и заключения гбьемои 165 страниц мзсикопнсного текста а содержит 4 таблицы, 29 жсунков, список цитируемой литературы из 192 наименований-

С0ДЕР2АШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации, фактическая ценность работы и ее научная новизна „ переделе;« асновкае положения, выносимые на защиту. Приведены краткие :всдеиил о структуре работы.

В первой главе проанализирована проблема влияния ВГВ на :реднюа зональную циркуляцию и термическую структуру СА, а также !ксперт,!51ггалыгце данные, подтверждающие такое влияние»

В разделе 1.1 проанализированы результата исследования роли Я*В в формировании динамического и теплового режима СА. Результата шализа свидетельствуют о тоыс что приток тепла за счет диссипации ! разрушения ВГВ на высотах 00-110 км сравним с притоком тепла за пет диссипация приливных движений и с суммарным радиационным тритокон тепла. ВГВ оказывают преимущественно тормозящее действие и среднезональную циркуляцию незосфзри и мотней термосфсрн. первые опыты по моделированию циркуляции СА с ориблшсенныи учетом

поля волновых ускорений позволили воспроизвести такие реально наблюдаемые черта кпуггномасатзбнсй ^.грхуляхг.'.и, как обращение злаков меридиональных градиентов фоновой температуры, вертикальных градиентов среднего зонального ветра, усиление среднего меридионального Еатра в мезосфере. Однако, для легального изучения физической природа и аффектов действия волнового ториокення на крупномасштабную циркуляции СА необходим далькеГоие теоретические и экспериментальные исследования.

3 разделе 1.2 представлен обзор методов и результатов моделирования распространения ВГВ в средней ат:лосфоре. Отмочены границы примшымости аналитических подходов к описанию волновых процессов а неоднородной диссипативной атмосезре и доказана нзобходимость дальнейаего развития числешшх иоде лей распространения приливов и БГВ на фоне реальной температурно -Еетрсвсй стратификации. Большинство проведенных исследований базировались на предположении об установивсемся регд:ме колебаний, в связи с чей в них не учитывается влияние пространственно -временных неоднородностей термодинамических полей, на фоне которых происходит распространение ВГВ. На основании этого сделан вывод о целесообразности использования численных параметризаций разрусенкя и диссипации ВГВ в моделях общей циркуляции средней атмосфера. При атом основная трудность состоит в определении спектра ВГВ на шишей :гранш;е области интегрирования, что обусловлено ограниченность» сведений о механизме генерации и петочиихлх ВГВ.

В разделе 1.3 проанализированы основные экспериментальные сведения о параметрах ВГВ в средней атмосфере и механизмах генерации этих волн. Констатируется, что наиболее иеследоваш процессы генерации ВГВ в тропосферных струйных течениях. Однако, дахо для этих процессов в настоящее время отсутствуют достаточно надежные а лирические модели спектрального состава ВГВ.

Далее рассмотрит экспериментальные данные о параметрах ВГВ в СА. Высокая разрешающая способность современных технических средств позволяет определить характеристики вариаций параметров атмосферы в-игроков диапазоне частот и длин волн на различных высотах, что открывает возможность построения фазико -статистических эмпирических моделей полей основных параметров ВГВ. Однако, ограниченность объема эмпирического материала,

обусловленная кспродслг-нтельшм сроком использования указанных средств п огрсгогчснкостьэ пространственной области ал использования, ке позволяет в настоящее время регтть эту задачу.

Таким образом, результата проведенного в первой глазе анализа пробле;и влнятая ВСВ на термодинамический pes::M Си свидетельствуют о том, что задача определения параметров спектра ЗГВ является ключевой для совершенствования моделей ебцей циркуляции СА.

Во второй главе построены гидродинамические модели процессов, протекали в средней атмосфере.

Направленность диссертационных исследований обусловила необходимость построения модели среднезональной циркуляции, позволяющей за приемлемое время производить оценку чувствительности среднезональных • полей параметров СА к ВГ'В-эффектгм. Решение этой задачи видятся на пути построения кваоидвуу.ерной модели, основашой на предположении о достаточно иедлешюй изменчивости! в годовой цикле меридиональных градиентов тешературы и ко;яокентсз вектора скорости. Кроме того, учптыветсл, что меридиональная составляющая вектора скорости до высот ~120 км на порядок меньше зональной.

Разработанная кзазидвумерная модель основана на эонально-эсредненкых уравнениях, записанных в логизобарической система координат. При ее построении использовались следующие физически зправдашше допущения:

[. Среднегодовое распределение вертикальной скорости W зимиетрично относительно экватора и ее меридиональная структура .юле? быть аппроксимирована полиномом Лекацдра первой степени; I. Радяационко-равновесная среднезональная цир^суляция мотет грактоваться как вращение атмосферы как твердого тела с угловой жоростью а.

Для решения системы уравнений модели вводится средняя меридиональная функция тока X. После преобразования 1рогностических уравнений для зональной составляющей U ;реднезонального ветра и тешературы Т получено диагностическое дафферекцпальное уравнение второго порядка относительно X.

\цо А, В, С, D - коэффициенты уравнения, вчражащиеся через шпроту

С1)

ь

ф и высоту Z.

Алгоритмом реиекия уравнений модели предусмотрено: на кыдоц ыаге по времени россчет значений функции тока X, затем вычисление величины вертикальной и меридиональной составляющих вектора скорости Y и i7, после чего находятся тенденции И к I.

3 модели использованы параметризации радиациозпшх процессов, основанные на совремешшх представлениях о радиационных притоках тепла.

Далее обоснована необходимость учета притоков тепла и импульса за счет диссипации приливных движений атмосферы, что обусловило необходимость построения модели наиболее значимых с этой точки зрезсш пршшзких процессов. Этими процессам! являются: суточный и полусуточный солнечные термические приливы.

Разработанная модель установившихся приливных дшкений основана на полных уравнениях гидротермодинамаки. С целью получения уравнений для установившихся приливных колебаний параметров атмосферы производила линеаризация системы уравнений с последующим ее упрощением на основе слсдугсьдах допущений:

1. Сроднезональнимл компонентами меридиональной и вертикальной составлявдих скорости ветра иолно пренебречь, тик как до ducot з 2GQ км их значения на порядок меньше зональной составляющей;

2. Геомагнитное поле является аксиально симметричным;

3. Отсутствует инутрисуточная изменчивость фоновых полей, параметров, описывающих гидроиалктше и диссипативные эффекты.

Основным механизмом возбуждения приливов является поглощение ультрафиолетовой.радиации озоном в стратомезоофере и инфракрасной радиации водяным паром в тропосфере и нижней стратосфере. Водяной пар ответственен за возбуждение суточного прилива, ь озон -полусуточного. С учетом естественной периодичности источников по долготе (с периодом Z%), ищутся периодические по времени и долготе решения уравнений, а возмущенные величины представляются в вида ю со

где ш - частота, о - волновое число, t - время, 0 - долгота, а под /' подразумевается (У, V» V, 1', р',Р') - возмущенные воличшш составляющих скорости натра, ■гемларатури, плотности и давленая. Для отдельной приливкой иода получена линеаризированная

(2)

система уравнений для прилпэных колебания параметров атмосферы. Диффузионные -члены параметризованы в -терстих релеевского трения я ньютоновского зыхолатапзания. Система уравнений преобразуется з одно ддФЗареицяэльное уравнение для одной неизвестной функции с учетом нарушения геострсфпческого баланса полей средкезокольного ветра и температура в иезосферо и нигзхей териосфере. -Была введена функция Ш = где р0 - фоновое значение -плотности- В

результате получено неоднородное линейное дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных:

а2Ф <э2Ф о2Ф <зф <?ф

~2 + + V- + С2- + Су- + Сф = С. (3)

ъг дг£ уу^ 2 зг 7 аэ 0

где У - а (16, а - радиус Земли, 6 - кошпрота, а коэффициента С22, Суу, Су2, С„, Су, С, С0 выражаются через функции, входящие в исходную систем уравнений.

Алгоритмом расчетов предусматриваются следующие вычисления: для отдельно взятой моды репаетсл уравнение (3) относительно Функщщ ф, далее определяется остальные характеристики атмосферных параметров; по фор,47.1с (2) вычисляются поля отклонений параметров состояния от своих средних значений.

В раздело 2.3 приведено описание используемой в работе параметризация аффектов разрушения и диссипации ВГВ, разработашюй Линдзенсм (1902).

Б разделе 2.4 разработан метод определения параметров зпектра БГВ. Сор-!ул5розка задачи определения параметров спектра ЗГЗ предполагает определение такого спектра, использование отторого в параметризации ВГВ-зффектов в моделях средне зональной даркуляции обеспечивало бы наилучшее согласие с имевздмся змпиричеашм изтерпалом. Так как имекхциеся змшфлческяе данные о состоянии средней атмосферы представляют пз себя среднемесячные женки соответствующих параметров, то наилучшим считается спектр с таким вну триме сяч1шм распределением характеристик, которое хЗеспечивает минимум следующего функционала:

•де среднемесячные значения среднезоналыюго ввтрэ и и

30 2

(4>

температуры Т по модели СПи.-1972 (для 1=1,2 соотоетствешю).ф^, - то гс, что а фч, но рассчитанные по зпзасидаумзрной модэли с использованием фиксированного для каждого дш ¡.х-сяца спс:стра ЕГВ, ^ - номер дня.

Предполагалось, что за каздгй день месяца в тропосфере генерируются 40 гармоник ВГЗ. Направления их распространения являются случайным вектором с диагонально корреляционной матрицей, а ывдя компонента вектора равномерно распределенной на отрезке (0-2^1. Задача состояла в то», чтобы при фиксированных в течете дня направлениях распространения гармош:к таким образом подобрать их амплитуда (Л), Фазовые скорости (С) и длили волн (\), чтобы обеспечивался минимум функционала (4).

Введены Еектор состояния ф = (и,Т,У,П) и вектор параметров

Б = (С,ЛД>, Б = (2^,(1=1 ,ю|, где Ь - общее число параметров.

При мшгимпзацпи функционала Е(ф) качества (4) спектра ВГВ используется метод наискорейшго спуска. С;сорость изменения параметра ц направление ньискорейсего спуска определяется уравнением ^ ^

оГ "" ^ V Й£51

где к > о - коэффициент пропорциональности, т)^ - масштабные инсяители.

Яноглтель к, являющийся здесь итерациошшм параметром, выбирается из требования минимума функционала (4) в наиравлешш

вектора Б. Уравнеше (5) определяет итерационную схему метода наискорейшего спуска. Итерации выполняются до удовлетворения критерию сходимости.

Далее описан метод оценивания ■ влияния вариаций параметров спектра ВГВ но термодинамический разаш средней атмосферы, который позволяет рассчитывать функции чувствительности, а затеи находить значения вариаций функционала (4) по вариациям параметров спектра. В ранках прчдлокенного метода предусматривается дифференцирование уравнений квазидвумерой модели среднезональной циркуляции по параметрам спектра ВГВ.

Третья глава посвядаш численной реализации разработашшх моделей^ проведению числешаа экспериментов, анализу их

, к , ОХЩ)

= " [— 1 -7- . (1=1 .Ь> (5>

результатов и оцениванию качества предлагаем* моделей и методов. Для численной реализации моделей Еыбран метод конечных разностей как наиболее предпочтительный в данном случае.

Алгоритм численного рэсения системы уравнений квазидвумерной подели состоит из следуэпда этапов: решается диагностическое уравнение для фушсцпя том (1) методой прого:па1, затеи рассчитываются Еертсясальная и меридиональная составляете вектора скорости и, наконец, интегрируется прогностические уравнения для и и I с помоцью схемы Дданса-Бекфорта.

Следуя алгоритму решения уравнений модели установивг^гхся приливных дшг'.еннй, в первую очередь пнтегр:груется уравнение (3) методогл Ыпйгеп-Кио ( матричной прогонки ), для реализации которого необходима формализация записи уравнений. Тогда система векторшх уравнений в конечно - разностном виде записывается следующш образом Е° ф° + Е° ф! = -

ф1-1 - Е3 Ф1"1 = - с1, (б)

е? ф!1~1- = - а!Г.

Ч У - -2

где 1=1,2,.. ,М-1, Н - общее Ч!1сло точек по вертикали, Е1, Е2, Ед -матрицы коэф1'лциектов.

В разделе 3.1 списывается разработанная числимая схема решения задачи минимизации функционала (4). Приведен алгоритм определения параметров спектра ЕГВ:н

*

о

1. Задаются начальные значения ^вектора состояния ц> , вектора параметров Б0 и функционала Е°(<р);

2. Решается система уравнений квазндвуиорной модели до установления. В результате получаем вектор состояния <р1;

3. Вычисляется значите фушщионала Е(фЪ»

4. Вычисляются компонента вектора стай В я приращение функционала

ДЕ1 = Е(ф1) - Е(ф°)„ ^

5. Рассчитываются значения компонентов вектора ягасЬЕ ¡па первой паго;

6. Определяется шюнитель к ыэ условия ¡чзйвдуиа функционала

?,{<■?} з гшправлошш вектора 5 ;

7. Используя сдедущнэ приближенные соотноаашш

-i г Ч к öS

iS = W . LS, = щ щ

вычисляются новые значегсзя параметров по формуле: S± = S° + ASÍ (1=1, Ь);

8, Находятся новые значения вектора состояния

■*? "а

•qr = <р *- , . (1=1, ад.

ÖS^

9. Проверяется условие сходимости метода

тпа£|ДЕ1I < е, где е > 0 - HeicoTopoe наперед заданное малое •число*

Если ото усдзвие -не выполняется, то предусмоазэенньге пунктам 3-8 вычисления итерационно повторяются до .достшшкия условия сходимости.

В раздела 3.2 приведены используемые при расчетах исходные данные, относящиеся к шроте 45"N и условиям зимнего солнцестояния.

В качество начальных данных для системы уравнений квазидзумерноЯ модели использовался профиль средкезональкой температуры, заимствованный из моделл CIRA-72. Профиль среднезонального ветра определялся с использованием соотношении термического ветра. Коэффициент молекулярной теплопроводности для атмосферных газов рассчитывался но стандартным формулам Сезерлевда. Вертикальный профиль агазффициента турбулентной диффузии был заимствован из работы IStrobel -et,al-.,.T9851. as коэф/фициент Ньютоновского выхолаживания - зга работы IWehrbein ала Leovy,1932]. Для ' расчета суммарного зшадиабашического притока тепла использовались вертикальные •профили -атмосферных газовых составляющих, заимствованные-из-моделей !С1М-1972, [Trinkß et.al-, 1972 и Barth, 1990].

Далее приводятся исходные данные для модели установившихся приливных движений-. Высотно-широтная структура поля фонового зонального ветра и температуры таблично задавалась по данным модели CIRA-1972,. Значения .давления и плотности рассчитывались по температуре с -учетом приближения гидростатики. Функция нагревания атмосферы за счет поглощения радиации озоном в водяным паром •рассчитывалась с использованием параметризаций, предложенных в

работах CStrobel,1978J. CLacis,1974К Дясснпативкые прармстры рассчитывались с помои,ьв аналитических формул, предлогзштих в работе [ffehrbeln and Loovy.19321.

Для расчета БГЗ-г^фвктоз по параметризации Лицдзека в начальный момент времени на нигкей гратсще области интегрирования задается однородный изотропичаский спектр, предложенный Шацуно,19821.

Для решения системы уравнений, полученной в рамках метода оценивания влияния вариаций параметров спектра ВГВ на термодинамический ре^гл средней атмосферы, в качестве начальных данных задавались значения составляющих вектора состояния, рассчитанные с помощью квазпдвумерной модели. Функции

чувствительности в начальный момент времени задавались равными нулю. Направления распространения гармоник для кандого дня месяца выбирались случайным образом, с использованием генератора случайных чисел.

В раздела 3.3 описаны проведешсые численные эксперименты, представлены и проанализированы их результаты. Выполнено сравнение результатов расчетов для условий зимнего солнцестояния с имеющимся эмпирическим материалом, относящимся к этому периоду.

Задзча прогнозирование полей U и Т с использование« квазидвуиерной модели решалась как задача на установление. Полученные в результате расчетов вертикальные профили среднозонального ветра и темпертуры находятся в хорошей согласии с имекицимисл эмпирическими дащшми и отражают морфологические особенности термодинамического регима средней атмосферы, такие как минимум среднезональной температуры и обращение среднезонального ветрн и температурных градиентов на мезопаузе.

Для оценивания качества модели установившихся приливных движений была проведена серия численных экспериментов. Анализ результатов и сравнение полученных полей характеристик приливных движений с данными измерений зональной составляющей скорости ветра, зарегистрироваюшх на радиолокационной станции в Сескетуне (52ii;iQ7W°), позволили сделать следующие выводы: - максимальное расхождение по амплитуде составляет: для суточных колебаний - 10 и/с ня высоте 96 км; для полусуточных - 20 м/с на высоте 116 км. - максимальное расхоадение по времени наступления максимума: для суточных колебаний - 8.2 часа на высоте 115 км, для полусуточных -

к

4.1 часа на высоте 50 кн. Это позволяет говорить об удовлетворительном качества получении:: результатов и достаточной степени адекватности модели реальной среде.

Результата анализа численных экспериментов с исполъзовазгизм параметризации БГВ, предложенной Линдзенон, отражают основные физические закономерности, известнее из теории ВГВ, что говорит о корректной использовании данной параметризации.

В разделе 3.3 описаны та:с:е численные эксперименты по расчету функций чувствительности. Анализ полученных результатов на примере исследования влияния вариаций параметров спектра БГВ на зональную составляхгдую вектора скорости и позволил сделать следующие выводы:

- Наименьшая чувствительность наблюдается к вариациям длины волны л. При изменении К на 100 км максимальное изменение 1Г составляет в среднем 3-5 м/с; - Етлбольшая чувствительность прослеживается к изменениям фазовых скоростей (й 1м/с при увеличении значения фазовой скорости на 1м/с); - Изменение значений амплитуд на порядок приводит к максимальному изменения и в средней на -0.9-0.1 м/с. - Максимальные значения функций чувствительности для всех волновых компонент наблюдаются вблизи их уровня разрушения, причем наибольшие значения функций чувствительности соответствуют волновым компонентам, вносящим наиболее значительный вклад в суммарное значение волнового ускорения.

Далее описана серия численных экспериментов и выполнен анализ результатов моделирования по определению спектра БГВ.

В ходе числе51ных экспериментов были получены среднемесячные значения параметров спектра ВГВ. Проведено моделирование для условий зимнего солнцестояния и широты 45*N с использованием квазидвумерной модели среднезональной • циркуляции. Выполнено сравнение результатов моделирования с привлечением спектра ВГВ, подученного в рамках разработанного метода и традиционно используемого спектра, предложенного Шацуио,15321, параметры которого в дальнейшем будем называть "стандартными". Анализ результатов позволил сделать следующие выводы:

- в полученном спектре преобладают квазистационарные п медленные волны с фазовыми скоростями менее 30 м/с; - уточнешше значения \ незначительно отличаются от "стандартных" и лежат в диапазоне 200-204 км. Несмотря на то,что в тропосфере генерируются ВГВ с различными длинами волн, только короткие волны способны проникать

на высота мезосфзры; - медленные волны имеют больше аншштудц п, следовательно, разрушаются на более низких уровнях; ползгчешшэ значения амплитуд verana "стандартных", что приводит к увеличению высоты максимума и изменению формы вертикального профиля расчитанных волновых ускорений, что привода к лучиецу согласию с имеющимися дашшмп о еолновых ускорениях, создаваемых ВГВ; - подтверждается ранее получешшй другими исследователями вывод о том, что основное действие ВГВ сводится я ториогенпю фонового зонального ветра вблизи мезопаузы; - использование полученного спектра ВГВ при моделировании среднезокального термодинамического рекима существенно улучиило модельные результаты.

Результаты моделирования отракают такие ззссперимзнтально обнаруженные черты термодиз*амического реггнма■ средней атмосферы, как минимуц среднезональной температуры п обращение среднего зонального ветра и температурных градиентов на мезопаузе.

Все это говорит о достоверности полученных в работе результатов и . удовлетворительной степени адекватности разработанных моделей реальной среде. О качестве разработанного метода определения параметров спектра ВГВ свидетельствует согласие полученных результатов с данными наблюдений и предыдущих теоретических исследований.

В зазслпчении сформулированы основные результата работа.

- Разработана зшазидвумерная модель средзгезональнсй циркуляции, включающая в себя параметризаздш процессов разрушезшя и двссшацпн ВГВ и радиационный блок. Модель отракет осзювзше морфологические особезаюсти термодинамического рехяма средней атмосферы, а тазсиз позволяет производить оперативную сцезгку чувствительзюсти к ВГВ-зффектац.

- Разработана модель установившихся приливных двеесзгий, основанная на предполопезмп постоянства во времени внешзих параметров модели и суточной периодпчзюстп функция нагревания атмосферы с учетом нарушения геострофичссзсого баланса полей среднезонального ветра и температуры на высотах шззосферы а зпезшй термосферц.

- Выполнено сравнение результатов моделирования для условий зимнего солнцестояния с эмпирическим мяторналои0 относящимся к этому периоду. Сделок ешюд о достаточной степазгп адекватности

разработанных шделзй реальной среде.

- Разработан метод оценивания влияния вариаций параметров спектра ВГВ на термодинамический решш СА;

Выполнен расчет функций чувствительности и . получеки количественные оценки влияния вариаций параметров спектра ВГВ не термодинамический регшд мезосферы и шишей термосферыг

- Разработан метсд определения параметров спектра ВГВ, который учитывает реальную температурно-ветровую стратификацию СЛ и основан на градиентных методах и идеях теории чувствительности;

- Получены среднемесячные оценки параметров спектра ВГВ для условий зимнего солнцестояния. Выполнено сравнение результатов моделирования, проведенного с привлечением этих параметров и традиционно используемого спектра ВГВ, предлогенного Шацуно,19821« Сделан вывод о том, что использование спектральных характеристик ВГВ, полученных с помощью разработанного метода, существенно повышает качество результатов моделирования.

Тагаш образом, цель диссертационной работы иогно считать достигнутой»

Основные результаты исследования были опубликованы в следующих печатных работах:

1» В.А. 6 Кузl~:h<s C-.IL Ксследэваксе воздействия волновых

процессов на термический и динамический средней атмосферы на

примере полуторамерной модели.// Труды РГГШ, Цзтеорологичектае прогноза. 1935« Вып. IIB С. 12-19.

2. В. D.Pan In j S.I.Kouzraina, S.S.Su?orov Simulation oi Cf,' Ircpact on Thermal and Dynanical Structure oi the Middle A to sphere ticln^ QuaBi-Two-Diroenaional Lodel// Submitted to Ш1Е Report "Roaearch Actlvitlea In Atraospherlc and Oceanic Uodelling",.

3. Macosco A.A., Pan in B.D., Kouzralna S.I. Mat hem tic modelling of monsoon circulation in inhoaogeneoua gravity lorce Held // Submitted to WGiffi Report "Research Activities In Atrsocpherlc and Oceanic Modelling".

4.Иасовсо A.A.t Panln B.D., Kouzraina S.I. On hydrodynaraic equations considering gravity force Held lnhoraogenelty // Submitted to WCNE Report "Reeearch Actlvttleu In Atmospheric and Oceanic Modelling".