Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Диагноз и моделирование синоптической и мезомасштабной изменчивости пограничного слоя атмосферы над океаном в средних широтах Северной Атлантики

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Диагноз и моделирование синоптической и мезомасштабной изменчивости пограничного слоя атмосферы над океаном в средних широтах Северной Атлантики"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК = . • ■ - -г-,: £ ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ ИМ.П.П.ШИРШОВА

на правах рукописи

ТОНКАЧЕЕВ Евгений Борисович

ДИАГНОЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИНОПТИЧЕСКОЙ И МЕ30МАСШТАБН0И ИЗМЕНЧИВОСТИ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ НАД ОКЕАНОМ В СРЕДНИХ ШИРОТАХ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКИ.

11.00.08 - океанология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Государственном океанографическом институте Роскомгидромета и в Институте океанологии им.П.П.Ширшова РАН.

Научные руководители - доктор физико-математических наук

B.Н.Лыкосов

кандидат физико-математических наук

C.К.Гулев

Официальные оппоненты - доктор географических наук

Ю.А.Романов

кандидат физико-математических наук А.А.Грачев

Ведущая организация - Гидрометцентр России

Защита диссертации состоится " & " и/н^^Я 1995 г. в / Ч часов на заседании специализированного совета к.002.86.02 в Институте океанологии им.П.П.Ширшова РАН, по адресу: 117218, Москва, ул.Красикова 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институте океанологии им.П.П.Ширшова.

Автореферат разослан ^ 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета,^ кандидат географических наук

С.Г.Панфилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Детальное изучение структуры и эволюции атмосферного пограничного слоя (АПС) крайне важно для понимания процессов, происходящих как в атмосфере, так и в океане, а в конечном счете, для прогноза погоды и короткопериодных колебаний климата. За счет циклонической активности■средние широты играют ключевую роль в глобальном перераспределении энергии. Отдельные среднеширотные области океанов вовлечены в энергообмен с атмосферой в различной степени. Экспериментальные данные свидетельствуют об "очаговом" характере взаимодействия океана и атмосферы, лежащем в основе концепции энергоактивных зон Мирового океана (Марчук, 1972). В рамках этой концепции особая роль принадлежит внетропическим регионам и, в частности, Ньюфаундлендской ЭАЗО (НЭАЗО). Дело в том, что процессы в НЭАЗО оказывают непосредственное влияние на погоду Европы. Кроме того взаимодействие Атлантического океана с атмосферой на масштабах, сопоставимых с его размерами, отличается от аналогичных процессов над Тихим океаном. И наконец, качество и объем экспериментальной информации по НЭАЗО выше, чем для других энергоактивных областей. Эти обстоятельства и определили наш выбор - проблема, вынесенная в заголовок работы, рассматривается нами на примере НБАЗО. Градиенты температуры поверхности океана (ТПО) в ней создают специфические условия синоптического взаимодействия океана и атмосферы, характеризующиеся повышенной интенсивностью процессов обмена и сильной пространственно-временной изменчивостью параметров (Гулев и Колинко, 1990; Yau and

Лап, 1989; Гулев и Лашо, 1990). При этом термические и динамические неоднородности подстилающей поверхности являются лишь одной из причин пространственно-дифференцированного энергоснабжения атмосферы вблизи фронтальных океанских разделов. Вторая причина связана с синоптической изменчивостью атмосферных процессов.

В целом, проведение специализированных экспериментов по исследованию подобных процессов существенно затруднено, экспериментальных данных часто недостаточно, что, в свою очередь, сдерживает работы по моделированию синоптической и мезомасштабной изменчивости атмосферных пограничных слоев в средних широтах (Волков, Лыкосов, 1987). В создавшихся условиях актуальным является продолжение экспериментальных исследований региональных процессов и численные эксперименты, с целью разработки эффективных параметризаций для моделей общей циркуляции атмосферы и совершенствования региональных моделей.

Основные цели работы следующие. Во-первых - это описание закономерностей синоптической и мезомасштабной изменчивости АПС над океаном в средних широтах Северной Атлантики на основе анализа экспериментальных данных. Во-вторых - разработка и тестирование дифференциальных моделей АПС, адекватно описывающих эту изменчивость.

Круг решаемых нами задач отражает стремление ответить на вопросы о том, какие атмосферные процессы и в какой степени обеспечивают энергоактивность океана. Для этого необходимо выявить и описать количественно специфические механизмы, обеспечивающие передачу, перенос и трансформацию тепла и влаги в атмосфере в условиях термической

неоднородности подстилающей поверхности и сильной

нестационарности атмосферных процессов. Таким образом, для

достижения поставленных целей решались следующие задачи:

- получить значения характеристик энергооОмена между океаном и атмосферой для различных синоптических ситуаций и разных структурных зон океанской поверхности;

- изучить значимость различных источников тепла в атмосфере: в первую очередь, потоков на поверхности и притоков за счет конденсации влаги;

- исследовать трансформацию атмосферных воздушных масс при их перемещении над относительной теплыми и холодными водами;

- рассчитать характеристики Оароклинности атмосферы;

исследовать особенности генерации и эволюции внетропических циклонов над термически неоднородной поверхностью океана.

Цели, связанные с численным моделированием

предполагается достичь в результате решения следующих задач:

- изучить возможность применения одномерных дифференциальных моделей для исследования синоптической и мезомасштабной изменчивости нестационарного и горизонтально неоднородного АПС;

- разработать методику тестирования этих моделей на основе сопоставления с экспериментальной информацией;

- провести численные эксперименты с целью изучения чувствительности моделей к различным параметризациям адвективных процессов;

- моделировать трансформацию воздушных масс с помощью одномерной модели АПС в лагранжевых координатах;

Фактичекий материал и методы исследования. Для решения поставленных задач, наряду с опубликованными материалами, использовались архивные данные ГМЦ России. В основе работы лежат данные наблюдений, выполненных на судах Государственного океанографического института (ГОИН) в рамках программы "РАЗРЕЗЫ": во время двадцатисуточной стационарной фазы эксперимента "НЬХФАЭКС-88" и в ходе полигонных съемок (эксперимент "АТЛАНТЭКС-90"). Часть данных была получена при непосредственном участии автора. В целом экспериментальный массив включал в себя результаты около 2000 метеорологических сроков, 270 радиозондирований и 67 аэростатных зондирований атмосферы. Исходя из целей исследования выбирались и методики, которые включали как традиционные методы анализа экспериментальной информации, так и численные эксперименты с математическими моделями.

Научная новизна работы определяется тем, что для района вблизи среднепшротного гидрологического фронта (СГФ):

- получены статистические характеристики АПС для различных синоптических ситуаций над различными по ТПО зонами океана;

- на основе анализа экспериментальных данных предложена параметризация, использующая автомодельность распределения потоков тепла на поверхности во фронтальной зоне;

разработан, изготовлен и применен в натурном среднеширотном эксперименте судовой аэростатный комплекс;

- в результате анализа отдельных членов уравнения тенденции вертикальной составляющей вихря скорости оценен вклад бароклинного члена в формирование завихренности для различных типов внетропических циклонов;

- построена модель АПС с параметризацией адвективных

процессов путем задания эмпирических горизонтальных градиентов компонент скорости, температуры, влажности и даления;

- случай вторжения холодного воздуха с относительно теплой воды на холодную промоделирован с помощью одномерной дифференциальной модели АПС.

Научная и практическая ценность. Результаты работы могут найти применение при планировании натурных экспериментов: выборе районов, сроков и координат наблюдений, инструментальных средств. Полученные статистические характеристики взаимодействия океана и атмосферы могут быть использованы при построении и тестировании различных численных моделей: пограничного слоя атмосферы, общей циркуляции атмосферы, совместных моделей. Подготовка диссертации являлась частью плановых НИР, проводившихся в отделе океанографии ГОИНа и в отделе крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН (ИО РАН).

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на IV Всесоюзной конференции по программе "Разрезы" (Одесса, 1990); на советско-канадской конференции по исследованию Ньюфаундлендской энергоактивной области (Одесса, 1990); на VI конференции "Комплексное изучение природы Атлантического океана" (Калининград; 1991); на международном семинаре по исследованию взаимодействия океана и атмосферы (Москва; 1992); на симпозиуме по взаимодействию океана и атмосферы (Марсель; 1993); на II конференции "Взаимодействие океана и атмосферы. Метеорология и океанография прибрежных зон" (Лиссабон; 1994); на семинарах

отдела океанографии ГОИНа (Москва, 1988-1992); . отдела крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы. ИО РАН (Москва, 1995); Росгидрометцентра (Москва, 1995); на объединенном семинаре Института физики атмосферы, ИО РАН и Института вычислительной математики РАН "Пограничные слои океана и атмосферы" (Москва; 1995).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ. В работах, выполненных в соавторстве, личный вклад диссертанта заключался в участии во всех этапах: от постановки задачи исследования до написания статьи.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, приложений и списка цитируемой литературы (99 наименований). Работа содержит 173 страниц, в том числе 61 страницу с рисунками и таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи работы, дана краткая характеристика объекта исследования, описана структура диссертации.

В первом параграфе первой главы дан обзор работ, посвященных исследованиям синоптического взаимодействия между океаном и атмосферой, процессов в пограничном слое над термически неоднородной поверхностью океана в средних широтах. Рассмотрены гидрологическая структура региона к юго-востоку от о.Ньюфаундленд (НВАЗО) и результирующее поле температуры поверхности океана. Описаны особенности

крупномасштабной атмосферной циркуляции и циклоническая активность. Выделены основные проблемы: траектории циклонов и скорости их углубления плохо поддаются прогнозу, значительные неопределенности существует также при диагнозе эволюции мезометеорологических полей. Проанализированы характерные процессы, обеспечивающие связь между взаимодействием у поверхности и пограничным слоем атмосферы. Приведены их количественные характеристики. Отмечен недостаток данных специализированных среднеширотных экспериментов, сдерживающий работы по моделированию синоптической и субсиноптической изменчивости АПС.

Во втором параграфе дается характеристика исходных данных, описана организация натурных экспериментов, измерительные средства и алгоритмы первичной обработки информации. Подробно описан оригинальный судовой аэростатной комплекс, предназначенный для исследования

мезометеорологических процессов в нижней части пограничного слоя атмосферы.

В третьем и четвертом параграфах анализируются причины и следствия пространственно-дифференцированного

энергоснабжения атмосферы в районе к юго-востоку от о.Ньюфаундленд. В основе исследования лежат данные, полученные в зимний и переходной от зимы к лету периоды, поскольку именно в это время года энергетически значимые процессы взаимодействия океана и атмосферы проявляются наиболее четко.

Третий параграф основывается на наблюдениях на стационарном полигоне (эксперимент "НЫОФАЭКС-88"), который позволил организовать одновременную регистрацию

характеристик воздушных масс одного типа, перемещающихся, в то же время, над областями океана с различной поверхностной температурой. Ярко выраженная зависимость характеристик энергообмена между океаном и атмосферой от ТПО и от фазы синоптического образования послужила поводом для целого ряда работ (Волошин и др., 1989; Гулев и Колинко, 1990), где эти характеристики анализировались после той или иной классификации. Предложенная нами методика классификации синоптических ситуаций является развитием предшествующих исследований. Однако в отличие от них основывалась на картах приземного синоптического анализа с привлечением дополнительно данных судовых метеоизмерений. Мы провели сопоставление двух методик классификации: нашей и упрощенной, использующей направление приводного ветра. Результаты расчетов оказались близки. В частности, средние значения потоков, рассчитанных на основе полуэмпирических соотношений аэродинамического метода (методика 1Т0) совпали с точностью до величин ошибок.

В результате, была получена композиционная схема синоптического взаимодействия океана и атмосферы вблизи гидрологического фронта в различных секторах гипотетического циклона. Особо интенсивное взаимодействие происходит в двух экстремальных случаях: вторжения холодного воздуха (ВХВ) на относительно теплую воду.в тыловой части циклона и натекания теплого воздуха на холодную воду в теплом секторе.

Полученные схему параметров приводного слоя и средние профили температуры и влажности воздуха можно использовать как при инициализации численных моделей, так и при анализе результатов численных экспериментов. Причем, в первом

приближении, эти данные применимы для всего зимне-весеннего сезона. Такая возможность обусловлена тем, что мы рассматриваем трансформацию уже частично приспособленных к океаническим характеристикам воздушных масс. Кроме того, ступенчатое изменение ТПО в зоне фронта характерно для всего холодного сезона, а не только для марта.

Наличие трех точек наблюдения позволило оценить горизонтальные градиенты потенциальной температуры, характеризующие бароклинность атмосферы. Было установлено, что существует значимая корреляция между градиентами на высотах юо и 500 метров. Между этими уровнями и уровнем 2000 м корреляция отсутствует. Это позволяет предположить, что роль СГФ в формировании бароклинной структуры атмосферы значима лишь для ее нижних слоев, а значения градиентов на высотах определяются циркуляционными процессами.

В четвертом параграфе анализируются закономерности синоптической и мезомасштабной изменчивости пограничного слоя вблизи субполярного гидрологического фронта, полученные в ходе наблюдений с перемещающегося судна (НИСП "В.Бугаев"; эксперимент "АТЛАНТЭКС-90"). Обнаруженные на основе экспериментальных данных особенности локальной реакции приводной атмосферы на гидрологические фронты в средних широтах свидельствуют о специфических механизмах фронтального взаимодействия и необходимости его параметризации в циркуляционных моделях.

Описана локальная реакция приводной атмосферы на резкий среднеширотный гидрологический фронт (градиенты ТПО 12-14°С на 10 миль) во время вторжения холодного воздуха: разность температур воды и воздуха увеличивается от близких к нулю

значений до 7-11°С, а перепад влажности - до 11-14 гПа; потоки явного тепла возрастают от близких к нулю значений до 250-300 Вт»м~* скрытого - от 20-50 до 400-600 Вт»м"2. Локальное увеличение виртуального потока тепла происходит непосредственно над фронтальной зоной и в 50-70 км юго-восточнее ее. Затем их величины уменьшаются, но, по крайней мере, в зоне шириной около 200 км к югу-востоку от гидрологического фронта остаются, соответственно, 150-200 и 300-400 Вт-м"2. Локальный максимум потоков явного тепла достигается несколько ближе к зоне фронта, что демонстрируется значимым уменьшением отношения Боуэна от 0.6 до 0.4 при продвижении в сторону относительно теплых вод. Рассмотрены процессы трансформации атмосферного пограничного слоя при адвекции воздушной массы с одного типа водной поверхности на другой.

Здесь же приводится описание разработанного, изготовленного и примененного в натурном эксперименте опытного образца судового аэростатного комплекса, предназначенного для измерения метеопараметров нижнего 300-400 метрового слоя атмосферы. Комплекс позволяет исследовать процессы в атмосфере с характерными временными масштабами не менее чем 20 минут, с пространственными масштабами не менее чем 3-5 км и ю метров, соответственно, по горизонтали и вертикали. С его помощью, в частности, зарегистрирована и описана сложная термическая структура нижней атмосферы, возникающая в результате конвергенции воздушных масс над океанским термическим фронтом.

Предложена, основанная на гипотезе автомодельности схема параметризации, описывающая распределение потоков

тепла на поверхности во фронтальной зоне. Произведены расчеты для различных синоптических ситуаций.

В последнем параграфе первой главы выявлен ряд закономерностей, связанных с генерацией и эволюцией внетропических циклонов над термически неоднородной подстилающей поверхностью. В частности, подтверждено наличие обратной зависимости между величиной градиентов ТПО во фронтальной зоне Гольфстрима и расстоянием от этой зоны до траекторий циклонов. Проведен сравнительный анализ "жизненных циклов" двух циклонов: быстроуглублявшегося и типичного циклона, углублявшегося со средней скоростью. Основное внимание было уделено роли поверхностных потоков тепла в формировании их структуры. В результате было установлено, что

максимальная скорость углубления была у циклона, блокированного с востока мощным антициклоном и дольше других находившегося вблизи фронтальной зоны;

- наиболее интенсивное углубление циклона происходило в тот момент, когда его центр располагался севернее СГФ - над холодной водой;

- наличие аномально высоких потоков тепла не является достаточным условием быстрого углубления циклонов;

- поверхностные потоки тепла играют существенную роль в формировании бароклинной структуры атмосферы в нижних 1000-2000 метрах.

Проведен анализ членов уравнения тенденции вертикальной составляющей вихря скорости. Статистический материал включал в себя даннее 243 зондирований, выполненных на двадцатисуточном полигоне. По ним рассчитаны средние

вертикальные профили дивергентного и барокливного членов. Установлено, что бароклинный член играет доминирующую роль в формировании завихренности над термически неоднородной океанской поверхностью в зоне СГФ. Причем его роль по генерации циклонической завихренности в быстроуглублявшемся циклоне оказалась положительной, в отличие от циклонов со средними скоростями углубления.

Вторая глава посвящена описанию одномерной дифференциальной модели атмосферного пограничного слоя и численных экспериментов, позволивших выбрать оптимальную конфигурацию модели. При этом в первом, обзорном параграфе анализируются методы численного моделирования атмосферного пограничного слоя над океаном и обосновывается выбор математической модели для решения поставленных, задач. Исходя из общих требований универсальности, гибкости, полноты, а также конкретных критериев по воспроизведению осредненных по синоптическим временным и пространственным масштабам потоков тепла, влаги и количества движения на границе с океаном, профилей температуры, влажности и скорости ветра в толще пограничного слоя была отобрана дифференциальная модель АПС 1.5-го порядка замыкания (Лыкосов, 1989-1991). Особенностью данной модели является, в частности, использование гипотезы Буссинеска в обобщенной форме, с включением противоградиентного члена. Практическая ценность учета противоградиентных потоков тепла, влаги и импульса заключается в том, что одномерные модели с такого рода параметризацией нелокальных источников турбулентности позволяют параметрически учитывать эффекты крупномасштабных вихрей, присутствующие в конвективном пограничном слое. Для

расчета коэффициента турбулентного обмена использовалась иь-1"-модель.

Во втором параграфе описывается постановка задачи: приводятся основные уравнения модели, начальные и граничные условия. Основные уравнения модели являются традиционными, масштаб турбулентности был задан формулой Блэкадара (1962), а для расчета его значения на бесконечности использовалась формула Меллора и Ямады (1974). В модели был учтен ряд характерных для пограничного слоя над океаном физических процессов. Так для расчета дополнительных потоков тепла и влаги за счет брызгообразования при штормах использовался алгоритм, изложенный в работе Казакова и Лыкосова (1980). Конвективные процессы описывались с помощью схемы конвективного приспособления. Расчет нагревания воздуха за счет длинноволновой радиации производился с помощью методики, предложенной Хворостьяновым (1981).

Базовая версия модели была модифицирована после проверки роли отдельных блоков параметризаций и варьирования ряда констант по методике третьего параграфа настоящей главы. Наши критерии качества работы модели основывались на сопоставлении расчетных и эмпирических профилей метеопараметров, анализе их статистических характеристик.

Для анализа качества модельного воспроизведения шлей метеопараметров использовались абсолютная ошибка прогноза, относительная ошибка прогноза и среднеквадратическое отклонение (Мах11ю1; е1;.а1, 1989). Эти характеристики рассчитывались для любого из метеопараметров: температуры, влажности, компонент скорости ветра. При этом осреднение производилось либо по всем горизонтам модели, либо по всем

временным срокам. Затем вычислялись интегральные значения характеристик по всем горизонтам для всех сроков.

В результате проверки чувствительности модели к учету или неучету отдельных физических процессов, к величине .универсальных констант и к схеме турбулентного замыкания для численных экспериментов третьей главы была отобрана модель, в которой был учтен цротивоградиентный перенос тепла и влаги, а масштаб турбулентности на бесконечности рассчитывался по формуле Меллора-Ямады с 0^=0.025.

В третьей главе рассматриваются приложения численной модели. В обоих случаях простота и гибкость исходной модели позволила изучать конкретные физические процессы в максимальной степени используя характер эмпирической информации.

Структура экспериментальных данных стационарной фазы "НБЮФАЭКСа-88" позволила нам оценить величины горизонтальных градиентов температуры, влажности, компонент скорости ветра и давления для всего столба воздуха с треугольникам полигона в основании и высотой 2 км. Расчеты производились по отдельности для каждого из горизонтов после линейной интерполяции величин метеопараметров по всему полигону. Затем из уравнения неразрывности рассчитывалась вертикальная скорость. По этим данным был произведен расчет основных членов уравнений гидротермодинамики, а затем построена модель, в которой использовались линеаризованные уравнения с параметризацией горизонтальных градиентов потенциальной температуры, удельной влажности, компонент скорости ветра и давления.

Оказалось, что одномерная дифференциальная численная

модель способна в режиме диагноза воспроизводить синоптическую и мезомасштабную изменчивость нестационарного и горизонтально неоднородного атмосферного пограничного слоя вблизи гидрологического фронта. При этом было установлено следующее. Во-первых, процессы адвекции тепла и влаги играют существенную роль в формировании и эволюции структуры пограничного слоя, особенно во время прохождения атмосферных фронтов. Во-вторых, влияние процессов адвекции импульса на изменчивость поля скорости ветра при анализе имеющихся натурных данных незначительно. В то же время не исключено, что при наличии в пограничном слое струйного течения нижнего уровня эти процессы должны быть приняты во внимание. В-третьих, использование для оценки величин горизонтальных градиентов давления параметризации, основанной на геострофическом приближении и соотношениях термического ветра приводит к существенным погрешностям при численном моделировании пограничного слоя. В-четвертых, процессы связанные с вертикальными токами вызывают значительные изменения структуры пограничного слоя атмосферы. Однако, зачастую скорости мезометеорологических движений бывают выше фоновых крупномасштабных и поэтому для их описания необходимо использовать такие данные измерений вертикальной скорости или такие ее параметризации, которые учитывали бы этот факт. И, наконец, что особенно важно - учет адвекции тепла, влаги и импульса возможен путем задания единого для всего АПС горизонтального градиента соответствующей величины.

Второй параграф, посвящен исследованию трансформации воздушных масс над термически неоднородной поверхностью

океана путем проведения численных экспериментов с одномерной моделью в подвижной системе координат, перемещающейся со скоростью и по направлению геострофического ветра. Основным условием, делающим возможным подобный подход является условие отсутствия адвекции энергии и массы в системе координат, связанной с моделью. В результате анализа экспериментальных данных был сделан вывод о возможности применимости метода.

Численные эксперименты проводились в три этапа. На первом была проверена и подтвервдена гипотеза о необходимости учета различных скоростей перемещения воздушных масс и судна. На втором и третьем этапах исследовалась чувствительность модельных'' результатов к заданию начальных и граничных условий, соответственно. Основные выводы сводятся к тому, что для адекватного модельного воспроизведения процессов трансформации воздушных масс над океанским термическим фронтом во время вторжения холодного воздуха необходима корректная инициализация модели. На рассматриваемых временных интервалах, в первые десятки часов, роль обмена с океаном оказывается для атмосферы менее значимой, чем синоптическая нестационарность атмосферных процессов. Поэтому в качестве начальных условий должны использоваться термодинамические параметры, характерные для данного сектора барического образования над данным типом подстилающей поверхности.

Приложения включают в себя справочный материал.

В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы:

1. На основе предложенной типизации атмосферных синоптических ситуаций в средних широтах Северной Атлантики установлены параметры состояния атмосферы для типовых ситуаций и различных по температуре поверхности зон океана. Показано, что существуют достоверные устойчивые связи мевду потоками тепла, влаги, импульса на поверхности и структурой пограничного слоя атмосферы.

2. Для нормального к фронту перемещения воздушных масс измерены значения основных параметров океана и атмосферы, рассчитаны характеристики энергообмена на поверхности и количественно описана их пространственная локализация. Предложена параметризация, основанная на автомодельности распределения потоков тепла на поверхности во фронтальной зоне, позволяющая оценивать положения и интенсивности их максимумов.

3. Разработан и изготовлен профилирующий судовой аэростатный комплекс для измерения метеопараметров нижнего 300-4-00 метрового слоя атмосферы, позволяющий исследовать структуру и изменчивость пограничного слоя с разрешением по времени 20 минут, по горизонтали - з-5 километров и по вертикали - ю метров.

4. Установлены закономерности генерации и эволюции внетропических циклонов над термически неоднородной подстилающей поверхностью. Проведен сравнительный анализ "жизненных циклов" быстроуглублявшегося и типичного среднеширотного циклонов. На основе уравнения тенденции

вертикальной составляющей вихря скорости установлено, что в обоих случаях бароклинный член играет доминирующую роль в формировании завихренности. Его вклад в генерацию циклонической завихренности в быстроуглублявшемся циклоне положителен, в отличие от циклонов со средними скоростями углубления.

5. Построена линеаризованная численная модель АПС, с параметризацией горизонтальных градиентов потенциальной температуры, удельной влажности, компонент скорости ветра и давления. Численные эксперименты показали, что процессы адвекции тепла и влаги играют существенную роль в формировании и эволюции структуры пограничного слоя, особенно во время прохождения атмосферных фронтов. Задание эмпирических, осредненных по слою горизонтальных градиентов температуры, влажности и давления улучшает прогноз параметров АПС, а учет крупномасштабных вертикальных движений его ухудшает.

6. Для адекватного модельного воспроизведения процессов трансформации воздушных масс над океанским термическим фронтом во время вторжения холодного воздуха показана необходимость корректной инициализации модели. На рассматриваемых временных интервалах, в первые десятки часов, роль обмена с океаном оказывается для атмосферы менее значимой, чем синоптическая нестационарность атмосферных процессов. В качестве начальных условий должны использоваться термодинамические параметры, характерные для данного сектора барического образования над данным типом подстилающей поверхности.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Лыкосов В.Н., Тонкачеев Е.Б. Диагностическое восстановление тубулентных характеристик пограничного слоя атмосферы.// Метеорология и гидрология, 1991, ю, 43-52.

2. Тонкачеев Е.Б. Эволюция пограничного слоя атмосферы в средних широтах Северной Атлантики. Тезисы докладов 6-й региональной конференции "Комплексное изучение природы Атлантического океана", Калининград, 1991, 13-14.

3. Лыкосов В.Н., Тонкачеев Е.Б. Диагноз синоптической изменчивости пограничного слоя атмосферы по данным эксперимента "Ньюфаэкс-88".// Известия АН СССР, сер. ФАО,

1991, Ю, 1149-1160.

4. Выставкин О.Г., Гулев С.К., Лобода B.C., Мелехин B.C., Тонкачеев Е.Б., Шепеленко С.М., Яхимюк С.В. Исследование атмосферного пограничного слоя над океаном с помощью привязного аэростата.// Метеорология и гидрология,

1992, з, 51-56.

5. Гулев С.К., Тонкачеев Е.Б. Локальная реакция атмосферного пограничного слоя на среднеширотный гидрологический фронт.// Доклады РАН, 1992, 326, 2, 371-375.

6. Скворцов А.А., Тонкачеев Е.Б. Трансформация пограничного слоя атмосферы над термически неоднородной подстилающей поверхностью.// Метеорология и гидрология,

1993, 9, 54-62.

7. Kusuma, G. Rao, V.N. Lykossov, E.B. Tonkacheyev, G. Prabhu, 1990: Turbulent kinetic energy and dissipation closure model for the atmospheric boundary layer. Indian Institute of Soience, Center for Atmospheric Soienoe, 90 AS 6 (June), Bangalore.

8. Kusuma G. Rao, G. Prabhu, Y.N. Lykossov, E.B. Tonkacheyev, 1990: Sensitivity studies on atmospheric boundary layer for the monsoon trough region with TKE closure model. Indian Institute of Science, Center for Atmospheric Soienoe, 90 AS 7 (July), Bangalore.

9. Lykossov 7.N. and E.B. Tonkacheyev, 1990: Diagnosis of atmospheric boundary layer on the basis of the experiment "NEWFAEX-88" data, in edition of CAS/JSC working group on

numerical experimentation "Research activities in atmospheric and. oceanic modelling" (edited by G.J. Boer), report No.14, December, WMO/TD - No.396.

10. Lykossov V.N., Platov G.A., Tonkacheyev E.B., 1992: Simulation of air-sea interaction by the coupled model of the atmoepheric and ooeanio boundary layers. - in edition of CAS/JSC working group on numerical experimentation "Research activities in atmospheric and ooeanic modelling" (edited by G.J. Boer), report No. 17, p.9.38-9.39.

11. Gulev S.K., Tonkaoheyev E.B. local response of the atmospheric boundary layer on the midlatitude ooeanio front.// Annales Geophysicae, 1993, suppl.II to v.11, p.C205, Springer, 18 meeting of EGS. (in English).

12. Tonkacheyev E.B. Ship tethered balloon system for observations in the marine atmospheric boundary layer.// Annales Geophysicae, 1993, suppl.II to v.11, p.C196, Springer, 18 meeting of EGS. (in English).

13. Tonkacheyev E.B. Structure and evolution of atmospheric boundary layer in the vicinity of midlatitude oceanic front.// Annales Geophysioae, 1994, Suppl.II to Vol.12, Part II, Springer, 19 meeting of EGS, p.C303. (in English).

14. Gulev, S.K. and J.Tonkacheev On the parameterisation of sea-air interaction over SST fronts in the North Atlantic. Reports of International Symposium of sea-air interface, 1993, Editors: G.Geernaert, W.Plant, 9pp.