Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Динамико-стохастическая модель аномалий тепловлагообмена крупных регионов

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Динамико-стохастическая модель аномалий тепловлагообмена крупных регионов"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИН, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РШШВДИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗЙШЕК! ГССТДАРСТВЕН1М УНИВЕРСИТЕТ кие1Ш М. В.ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

На правах рукописи _ УДК 551.46 :'551.583

ШБА1{ Олег Олегович

ДШШ.ИС0-СТ01АСТИЧЕС1Ш1 МОДЕЛЬ АНОМАЛИЙ ТЕПЛОВЛЛГООЕ?.{ЕНА КРУПНЫХ РЕГИОНОВ

Я.00.08 - Океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степена кандидата гвсгрвфзчвскяг наук

Москва 1992

Работа вчполнопа а лаборатории климатической изменчивости гидрологических процессов Института волют проблем РАН -

Научный руководитель: Научный консультант:

Офгашалъныо оппоненты:

Ь-чдушал организация:

Эа."л;тта диссертации состо

B, 3. ПривалъскиЯ,

доктор физико-математических наук, старая!* научный сотрудник

C. Г, Доброр.олъскиЯ f кааетдаг географических наук, старклй научный сотрудник

доктор географических наук, профессор ■ Д.А. Ларин,

кандидат $ИЗо-МаТо наук, старший научный сотрудштк

Государственник океанографический институт

ится CH^u^lA 1S

в часов на заседаядн сгсецпаяпзярозакиого гидрометеорологического совета / Д-053,05,30 / в "¿осковском государственно;-,; университете . км, М.В.Ломоносова по адресу: 119899, йхжва, ТСО-З, 'Легшкскпо горл, ИГУ, гоограФ.:гческ5гй факультет, ауд. 18-01.

С дисеорташтой могио ознакомиться в библиотеке географического Факультета Московского государство!!кого уишзорснтета на 21 этапе.

Автореферат разослан

о и

199

Ученый секретарь спецяаяпзнроваппого совета, кандидат географических пауз:

С.Ф.Алексеева

——| ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность поблеш. В настоящее время в мире вновь растет гагтерес к простим иоделяи клшзта. Наряду с иоделянп обцеа циркуляции атиосферы (МОЦА) получают дальнейшее развита энергобалаксовио, термодакашческае, стохастические, данамнко-статистическме я динаыи-ко-стохастические модели. Последние мозсно отнести к переходному классу, объединяющему достоинства детерминистического и вероятностного подходов к проблеме.

Использование относительно простых моделей климата в исследованиях существенно скляают материальные затраты на них. Подобные модели нетребовательны к вычислительной технике, ц численные эксперимента с ними !.гогу г проводиться в болыягастве случаев на персональных компьютерах. Простые иодели позволяют оперативно проверять те или иные гипотезы, корректировать постановку задачи по ходу экспериментов.

Цель и задачи. Цель настоящей работы заключается в проведении численных экспериментов с динвиико-стохастической моделью аномалий тепловлагообмена. На основе полученных результатов оцениваются факторы, в нэнбольпей степени влияхздиге на формирование процессов цевду-годичной термической изменчивости верхнего перемененного слоя океьна п влагообцена в тропосфере.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- на основе опубликованных работ, посвященных построении термодинамических и динашко-стохасгкческах моделей разрзботать новую версии иодели, ориентированную на поставленную цель;

- составить алгоритш расчета и программу для ЭВМ;

- оСоскоЕать постановку численных экспериментов и провести нх;

- провести статистический анализ полученных результатов о сравнить с результатами обработки имеющихся данных наблюдений;

Научная новизна работы;

1. Модель, разработанная автором генерирует месячные аномалии переменных, что сокращает число необходимых входных параметров;

2. В отлхгчие от аналогичных работ, в настоящую версию модели включено описание элементов гидрологического цикла (месячных аномалий количества осадков, влагосодерашния тропосферы, интегрального влаго-переноса);

3. Изучены пространственные особенности формирования крупных аномалий температуры поверхности океана, температуры воздуха, влагосодор-квния и влагопереноса в районе, ограниченном 80°з.д. - 6э°в.д., 25°с.ш. - 70°с.ш.;

4. Выделены ведущие процессы, влияющие на мавдугодачную изменчивость параметров крупноцаештабного тепловллгообиена;

5. Проанализировано распределение параметров . авторегрессионных моделей месячных аномалий ТПО по акватории Северной Атлантики;

Практическая значимость работы.

1. Разработанная модель может служить основой для дальнейших исследований в области аномального крупноиасштабкого тешктлагообшиа.

2. В ДСЫ но гут бить включены локальные малопараывтраческЕе подала речного стока. В этой случае была бы построена полнея климатическая модель, основанная на промежуточном масштабе времана.

3. Денная версия ДСЫ венет Есшльзоваться два создания разного рода обучащах кошьтериых программ для студентов соотвэтствущах спеця-аяьиостаА. Отечестаегашй сшт в этой к&правявта практически отоут-стгувт.

г

Апробация работы. Основные положшгал работы докладывались на Всесоюзной конференции молодых ученых "Гидрология 2000 года " в Москве в 1986 г., но сеыинарах лаборатории климатической изиенчивос-та гидрологических процессов КВП АН СССР в 1989-1991 гг, на семинара! лаборатории моделирования климата океана Института окоанолопш ш. П.П.Ширпова в 1991 т. Два доклада по теие диссертации приняты Союзнит Сишозаунаш 22 Генеральной Ассибяеи Мездународного Союаа Геодезии и Геофязики (Вена, 11-24 августа 1991 г.) По теме диссертации опубликована 1 статья, 3 сдано в печать.

Объем и структура работа. Общий объем работы составляет 191 страницу машинописного текста, который иллюстрируется 85 расункаиа н содержит 5 гг>блт;. Диссертация состоит пз введения, четырех глав и закличешш. Список литературы включает 95 наименований. •

Работа вьшолшлась под научный руководством доктора флзико-матеиатиче ских наук В.Е.Привальского, которону автор вырааает искреннюю признательность. Неоценимую понощь прн выполнении работы оказал кандидат географических наук, с.н.с. ИБП АН СССР С.Г.Добровольский. Ценные консультации в процессе работы били получаны от доктора географических наук Л.П.Кузнецовой и кандидата географических паук Е.С.Ярооа.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИНАШКО-

(ГГОХА.СШЧЕСКОЙ МОДЕЛИ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ.

Наряду с -разнообразными методами анализа наблюденных данных весьма полезными в исследованиях динамики климата оказывается простое модели юнната, опирающиеся на те или иные концепции, формулирующие законы эволюции климатической сис-геьм. К.Хассельманк считает, что ведущая задача климатического моделирования состоит в идентофа-кыыи структуры ведувдх взаимодействий внутри климатической, система и выражение их в терминах относительно простых климатических моделей.

Процессы, протека ицие в климатической системе Емеот вероятностью природу и силы» различается по временному масштабу измети-вости. В соответствии с этим К.Хассельманк £1976) применил в теории климата используешй в физике подход к исследованию систем, в которых характерный временной масштаб отклика ка флуктуации каких-либо параметров системы и характерный вреиекноа масштаб сашх флуктуацнй существенно различаются. В этой случае флуктуация параметров 110171' быть аппроксимировала белым ыуыет с известинца статистачесшмц 20-рактеристикама. Пшотеза разделения пвреызшшх дала толчок к построению простых моделей, основанных на стохастической "погодкой" воз-буздешн энергоСалансовых в териодннашгчйскЕХ иодалой.

Основная вдзл, которая легла в основу праднагавшй работа, заключалась, во-первых, в использования поишоЗ систеш уравнашй те р;-оданазл1ча(псой иодвяа, разработанной ¿деио;*, а во-втертх, во июшченаа в кг о атиосфориоа ватта твдрояашчоского щш. Его сос-

произведешь - наиболее уязвимое иесто всех климатических полелей.И если описание гидрологин в глобальной иасштзбе можно считать близким к реальному, го региональные особенности элементов гидрологического 151кла описываются неудовлетворительно. Следуя идее Адена, автор попытался связать тепловой и водный баланс тропосферы в единой уодо-ли, применяя концепцию Хассельмакна.

Климат представляет собой систем/ с июгочаслешшш положительная! и отрицательными обратными связяии. В ней иохно выделить подсистемы, характерный временной масштаб изменчивости которых резко различается. Каждой тзкой подсистеме можно поставить в соответствие переменные: "погоднуо" - относительно быстро иенявдувся, и "климатическую", характерное время откликз которой на флуктуации первой гораздо больве, чей масытйб изиогчивости "погодной" переменней. Предложенная аппроксимация атмосферной изменчивости приводит к тощ, что изиенчивость климатических переменных у.охет бить описана в тер-1 шяах моделей авторегрессии иэлого порядка. Значительная часть работ, выполненных в ранках гипотезы Хассельмакна, направлена на исследование отклика океана на случайное погодное возбуждение, которое задается сашин разнообразный^ способами.

В качестве детерминистической основы иодели автора была использована модель Адеиз. Она закипает особое кесто среда другая моделей климата и на протяжении последних тридцати лет вызывает пристальный интерес своей необычностью и универсальностью. Это одна из наиболее ранних моделей клаиата. Она соединяет в себе качества, присущие знергобалаисовыы цоделяы (ЭВМ) и моделям общей циркуляцюл атмосферы (МОЦА), сохраняя при этом относительную простоту, и занимает одно из ведущих мест в иерархии моделей климата, предложенной А.Хендерсон-Селяерс.

А

ГЛАВА 2.

ПОСТРОЕНИЕ ЙШШКО-СТОХАСТИЧЕСКОЙ «ОДЕЛИ МЕСЯЧНЫХ АНОМАЛИЙ ТЕПЛОВДАГООБШа.

Динамихо-стохвстчесхая модель (ДСП), разработанная авторомс описывает месячные аноиални (среднемесячные отклонения m средних шоголетиих значений) всех переменных. В систему уравнений ДСМ входят:

1) уравнение теплового баланса тропосферного слоя:

<Я1 _ 1

—т+ ad - к v2!* -- с;+ с*)

ох » ■ «■ оЛ ^ 2 s't (2И)

2) уравнение теплового баланса верхнего перецененного слоя океана t

~в + AD - «А - -1- (El- С'~ С'). (£'2) ât р с U 3 2

гс е а

которое для континентальных областей принимает вид: •

Ч- Ч- сз- О-Э)

^«^•т; +(А3(Е+е' )D3)T; +е' (D^ +Ь3Г), (2.4)

^'^^«'(В^Ос-ПИ-а)!^), (2.5)

confie*; -а;), <г.б>

б

Обозначения (апостроф означает, что речь идет о месячных аномалиях): •

5Г m - температура воздуха кз высоте средней тропосферы;

1" п - гегаературя поверхности океана (ТП0);

с v - удельная теплоемкость сухого поздухя при постоянном объеме;

ао - касса единичного столбя воздуха;

- плотность морской вода;

с о - удельная теплоемкость морской вод1;;

к 3 - толлинга верхнего квазгоднородкого слоя океана (ВКС);

К т - коэффициент горизонтального турбулентного обмена в тропосфере;

к 3 - коэффициент горизонтального турбулентного обмана в океане;

Сг - поток явного (турбулентного) тепла в тропосферу:

Ч - поток скрытого тепла;

- поток тепла за счет конденсации водяного пара в облаках;

Е^ - поток радиационного тепла в тропосфере:

Es - поток радиационного тепла на поверхности океана (континента):

Г - поток солнечной радиации на верхней граница атиосфери;

(Q+q)0 - суммарная коротковолновая (пряная и рассеяная) радиация у

поверхности Земли при безоблачном небе; е - среднее многолетнее значение облачности в процентах; с' - месячная с::омалия балла облачности; а - альбедо поверхности Земли;

kl*, А„, ВД *, В^, В_, Dl, D,, , к - эмпирические коэффициента;

3 2 3 7 3 о J

7 - скорость ветра на изобарической поверхности 850 иб. Величина

-I

|V| рассчитывается как модуль суммарного ветра:

|VI = У (^+7;)г+(ТуЯ+7;)г . (2.7)

Поверхность 850 иб выбрана из-за того что ветер на этой поверхности

входит в схему для параметризации аномального влагопереноса в тропосфере.

и ^ух ~ зс1:злънгш а меридиональная составлящие средаей многолетней скорости ветра, V* и V* - месячные аномалии составляющих.

ж у

А0т - адвекция тепла в тропосфере:

ОТ ОТ „ tfT ffl'

T - средняя шоголеткяя тегаература на изобарической поверхности 650 ий-,

AD - адвекция тепла в океане: &

эт „ <зт „

sN sN

AD = U' — +U' — , (2.10)

° * óx y dy

и^=0.012б(с1лф)"гС1 (V^coce+VyDlnQ), (2.11)

u'-0.Q126(elnípraC, (v'coee-y'elna), . (2.12)

y i y x

м

D 30калъная меридиональная составляющие вектора акоьашьиой

скорости течения на поверхности океана; ТаН - средняя ииоголетняя тешоратура поверхности океана; <р - шрота;

0 - угол иввду направлением serpa а вектороы точения;

С, - эшприческаа козф$ацпент, равный в-данной случав одакацо.

Во внимание прашноегел вдвокцая ташш только екоиалькнил драйфошия тачвиаяш, поскояысу адвагада •гепяа стацзонарныш тсчшш-rar-j ¡ю вграет, по-гадиюиу, суцзсгаешой рола в аерзносо крупношю-

итабннх аномалий ТПО.

Но учитывается поток тепла на jonaicft границе ВКС. В монографии Л.К.ГТптербяргп 11939) покапано, что его вклад будет существенным лишь в случав v^O (w^ - скорость вовлечения). Подобная ситуация складаввется в конце осени ~ начале эта. Однако п в а то время суммарный: поток тепла на поверхности океана зачастую превалирует над потоком на потея границе ВКС.

На вход ДСМ подаются, четыре некоррелироватше по времени погодные переменные - месячные аномалии зональной и меридиональной составляющих скорости ветра на изобарической поверхности 650 üö, нота-рания с поверхности сусш (океана) и балла общей облачности, iipo-странственнал корреляция полей белого шума выбирается близкой к значениям, рассчитаннии по наблюденным данный. Средаеквадратические отклонения меняются от месяца к месяцу и по пространству в соответствии с данными нзблюдзний. Поля альбедо а строились для каждого сезона в соответствии с кабладенныш значениями. Поля средних многолетних значений облачного покрова, е, представлены среднезональннми величинами.

Для определения оптимальной толщины ВКС в ДСМ в различите сезоны и адаптации этого важного инерционного параметра к используемым наблвденныы параметрам полей белого шума на- входе модели, используется несколько значений fi„.

Для параметризации используется уравнение сохранения водяного пара в тропосфера:

д Q' _

- + div Р'= Р'-Е', (2.13)

Q' - интегральное влагосодержание слоя тропосферы;

F' - интегральный поток водяного пара; Р' - цссячнбя сумма осадков; Р' = C^/L; L - удельная теплота парообразования; Е* - месячная сумма испарения;

Параметризация величин Q' и F' производится в соответствии с результатам, полученньша Е.С.Ярошеи 11986). Месячные аномалии вла-госодергиэния иогут быть связаны простым линейный соотноыашем с вноиалияыи абсолютной влаююста на изобарической поверхности 850 itö (a^5Q), а цесячзше аномалии зональной в иеридаопальной составлящах интегрального влагопереноса F^ и F^ с соогветствувщиш аисиалняш влагопереноса на той же поверхности F' и F*

'eso

К q a8S0 '

F' . К

ж X ХввО

F* » И К

У У 850

(2.14)

(2.15)

(2.16)

К^, Кх, - ашшрическиа параметры. Аночализ зонального п кзрадао-аалького потоков влаги ыогут, в свои очарсдЬ| быть вареЕшш чорэз зиоыалии составлящах скорости вотра на похюргности 850 ий и аномалии абсолютной влаикоста, а такеа через средни о шюголепшо азшчбзшя зтнх пероизкных (fi^ . V , V ):

иаэи ™в50 у"а50

- Seso ^-fco 4so (2.17,

¿бсолапша вяагсость (средине иноголйтннв величины) в уэсачные

10

аномалии эффективно параметризуются способом, который предложил Аден [1967) и который успешно применял Яроы 119861 для расчета средних много летних значений влагосодерхания и месячных аномалий влагосо-дерзания и влагопереноса. Входными величинами служат средние многолетние значения температуры воздуха на изобарической поверхности 850 ü6, многолетние средкезональные значения балла общей облачности,ано-малвн температуры средней тропосферы и аномалии облачного покрова, генерируешь в модели.

Уравнения системы преобразуются к эллиптическому типу путец линеаризации частных производных по времени:

ГТ11 nit m.

cW!' m(i) ra(I-1 ) ЙТ' ail) sCi-1)

„ - , ( —3 = - , ■

at At at At

Здесь 1 - индекс месяца, At = 1 месяц.

Район исследования ограничен 25о-70° с.а. и 80° з.д. - 65° в.д.

На грашце принимается условие отсутствия адвекции и турбулентной джйукзп. -Для численного интегрирования эллиптических уравнений попользован ?>згод Зайделя.

ГЛАВА 3. ТЕНЛШСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ BKFXHET0 СЛОЯ ОКЕАНА. ПО FESTVtMATAÜ ЫОДШРОВАШЯ.

Продолжительность часлошшх • зкспорпакнггоз составила 240 • кодолышх мэслцов. ■ ,

В январе зона вгагграшяьшх значзинй а„ располоавиа в полоса,

о ,

ограшчйшсЗ 40° а 45° саворкой пар ста а 35° п 55° западней долгота,

где аф превышает 1,9°С. Эта полоса находится в зоне субарктического "

океанического фронта, и максимальные градиента средних многолетних значений 1П0 приурочены именно к этой зоне. При П_=50 м максимальные значения от не превышают 1.4°С. Реальное поле от , построенное по

данным наблюдений,имеет максимум, превышающий 2.4°С и располхжешшй к западу от модельного и несколько шнее.

В апреле максимальное значение о^ расположено в точке с коор-

дшгаташ 40° с.ш. и 50° з.д. и превышает 2.4°С при Н =25 м и 1.9°С при Нз=50 и . Поле , рассчитанное по наблюденный данным, сходно

з

с январским. Максимум (а^ > 2.6) расположен вблзи побережья Север-

я

ной Америки на широте 38° - 40°.

В июле максимум о^ смещается к югу и на границе области доз

стигает 1,2°С при Н_=25 м и 1.0°С при Нз=5О м. Рост наблвдается

3

и на севере - у восточного берега Гренландии (свыше 0.8°С),более-умеренный (0.5°С) у западного ее берега и к северу от Великобритании. В поле реальных зона максимальных значений (от > 1.0°С)

з а

расположена на 5° - 15° севернее, чем в модельном поле. В целой,

летом наблюдается наибольшее несоответствие между модельными и реальным полями к югу от 50° с.ш. В северной части области модельные поля от сходны с действительным при несколько меньшем максимуме

з

на северо-западе.

Наиболее сглаженный характер описываемые поля имеют в октябре. Экстремумы модельных полей расположены в районе 41° - 49° с.ш., 31° - 39° з.д. (а > 1.2°С и от > 0.9°С для Нз=25 м Н=50 и. соответ-

3 3 •

стве1Шо). Реальный максимум ст„ находится на 15° западнее (ст„ >

■I» _ о

1.3°С), при этой повышенные значения (а =1.2 - 1.3°) наблюдаются в

з

узкой полосе вдоль всего побережья Северной Америки. В модельных полях подобная полоса повышенных значений от отсутствует. Модель

воспроизводит увеличение значений к востоку от гоберекий Грен-

з

лпндии (от =0.б-0.9°С в модельной поде и от =0.8-1.0°С в реальном).

3 3

Очертания поберекья континентов в модели даны с пятиградусной дискретностью. Естественно, что все детали, в том числе и пространственные, реальной изменчивости ТПО не цогут быть воспроизведены в тодели. Сглакены по пространству а поля средаеквадратических отклонений составляющих скорости ветра и поля средних многолетшх значений ТПО. Последнее обстоятельство приводит к тому, что не учитывается п полной шре вклад аномальных дрвйфових течений в изменчивость аномалий ТПО именно в районах с экстремальными пространственными кеоднородаостяиа полей ТПО н ветра. Различия особенно заметны в полосе вдоль поберенья Северной Америки. Районы максимальной изменчивости аноналлй ТПО в модели расположены на большем расстоянии от . берега, и характерные от б них несколько иеныпе по абсолютному

3

снзченнв, мои в действительности (на 10-20% при Н3=25 ц на 20-40% пря На»50). Заметаны в той аз пропорция я характерные от а северных

з

знэргошквхяпа районах. В остальной частя акватории пэненчявость •чс.тпаи скоизлпй ТПО лучсз воспроизводятся пря Н3=25 дал всех сезонов .

ИгтхнгьЕпа вклад з изменчивость ¡„'зсячних аномалий ТПО вносит пкгсялыша гурОулзнтанй теплосСьэя с.тропосфарой, Использование тть одного этого слагаемого прзззохо к налоЗ (в средней 0.1°С) даспарсвп ако?:злай как ТПО, то« и тсшерзтурн поздуаа. Дпспорсал анекалпй ТПО в случзо отсутствия турбулеиткого теплоойдэ'га о тропосфзрой состав-

ляет 80-100 % от дисперсии, рассчитанной дм случал, когда такой обмен имеет место, для всех месяцев года.

В районах океана, приуроченных к фронтальным зонам, преобладающи вклад в суммарную дисперсию вносят аномальные дрейфовца течения. Потоки тепла на поверхности океана играют в этих районах второстепенную роль. В январе этот вклад достигает местами почти 10055. Влияние аномальной адвекции к югу от 35° - 40° с.ш. и к северу от 60° с.ш. преимущественно невелико - 20% и менее от суммарной дисперсии во все сезоны года.

Распределение по акватории вклада аномального испарения в суммарную дисперсию обратно описанной выше картине для вклада дрейфовых течений. В центральных районах акватории в январе и июле он но ревышает 40%. местами снижаясь до 20%. и менее. Наоборот, на крайней юге и на северо-востоке увеличивается до 8Ü-100Х.

Для рассчитанных рядов аномалий ТП0 строились модели авторегрессии (АР) 1-4 порядков (всего для 103 узлов сетки на акватории Северной Атлантики). Оказалось, что большая часть модельных рядов может быть аппроксимирована АР моделями 1-го порядка (65), на 2-й, 3-й и 4-й приходится соответственно 15, 12 и 11 узлов.

Показателем термической инерционности ВКС может служить первый частный коэффициент авторегрессш. Преобладают значения 0.5-0.7 (60%), на экстремальные значения (менее 0.5 и более 0.7) приходится приблизительно по 20%. Примечательно, что разница между первыми Частными и первыми общими коэффициентами авторегрессии невелика. Для 18 рядов разница по абсолютной величине превысила 0.1, в том числе для трех рядов - 0.2 (на юге акватории). В остальных случаях можно с достаточный основанием полагать, что ряда в соответствующих узлах удовлетворительно описываются АР моделями 1-го порядка.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ КРУПНОМАСШТАБНОГО ТЕПЛОВЛАГООБМЕНА. В ТРОПОСФЕРЕ.

Приводятся результаты 1 80-ыесячиых численных экспериментов по моделированию термической изменчивости тропосферы в изменчивости характеристик атмосферной ветва гидрологического цикла. Поля среднеквадратаческнх отклонешшй месячных аномалий переиеюшх и Другие параметры рассчитывались по 224 внутренний точкам области интегрирования.

Наиболее цощный источник изменчивости температуры воздуха

приурочен к субарктическому гидрологическому фронту в Атлантике.

Здесь» в полосе 45° с.и. а 35°- 55° а.д., ат превышает 2.2°. Друга

гоЯ очаг повышенных значений сосредоточен на ыго-востоко ЕТС над Прикаспийской зшзменностьо. Очевидно« что ваяную роль в формирования аномалий температуры воздуха в это время года играет поток скрытого тепла с морской поверхности.

Взсеиная картина распределения от весьма сходна с зимней.

ш

Существенны» отличиеы является снпкения как над всей Атлантикой,

и

•гак а в зона субарктического гидрологического фронта (ат не превы-

т

П30Т 1.6°).

В гюла поле а„ над Атлшггшюа очень разшто, гарактзрша

т

значения о_ » 0.6° - 0.8°, слабив иаксшуод наблхщаотся над восточ-

. И

код частью Балтийского жря, над Северный Кавказом, х юго-востоку. от Косгоя, над Зшадной Кврсоой. ~

В октябре в пате о формируются два аажсниуив шщ акваторией

океана (над рвйогсоы Шлфаундяннда о > 1.4°, а к игу от йсяавдии,

• »

• 1Т >1.2°). Максимум хе о на континенте!/. (>1.б°) расположен над т т

Северным Каспием и Восточным Кавказом.

Поля изменчивости интегрального влагосодерзшвм связаны с изменчивостью температуры воздуха, поэтому поля средноквадрагичегашх аномалий влагосодерхавдя о^ напоминают поля ат , описяшше видге.

т

Наибольшая изменчивость поля осадков в январе наблюдается над океалой (ор более 60 ш, 35° - 45° с.ш., 35° - 45° з.д.). В то ко время над Западной Европой ор менее 30 им, над Центральной и Восточной Европой ор менее 20 мм. Над Кавказом и Северным Каспием, в зоне непосредственных источников влаги, ор превышает 20 мм.

В апреле общий фон поля ор над океаном остается таким не, как и в январе, однако распределение его становится нерегулярным, максимальное значение (более 70 мм) достигается на юго-западе акватории (35° с.и., 55° з.д.). К востоку от Гринвичского меридиана (за исключением небольших замкнутых областей) ор менее 30 мм.

Наиболее неупорядоченным поле ор становится в шале. Самые характерные значения 30 - 50 им отмечаются как над акваторией океана, так и над континентом. Более гладкий вид поле приобретает в октябре, для Атлантики характерные значения ор составляют 30 - 50 им, для большей частью Европы и Северной Африки - менее 30 мм.

Для выяснения роли аномалий крупномасштабной дивергенции вла-гопереноса и аномалий испарения в изменчивости месячных сумм осадков рассчитывались параметры Р1 и Рг:

рг = 4-], Е (ч>г/(нч)2 Ь100%

(4.2)

Здесь И - количество модельных лет, £ т индекс модельного года, Р^ -цэслчная сумма осадков в текущем модельном месяце, Р^^ - месячное •

количество осадков, выпавшее за счет крупномасштабной дивергенции

потопа влаги, Р„ - месячное количество осадаов, выпавшее за счет Е(

локального испарения в текущей месяце.

Были построеш карты средаеквадратических отклонений месячных аномалий зонального и меридионального потоков водяного пара,

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Численные эксперименты показали, что ДСГ.! способна с удоззлвтво-рчтелыгеЛ точностью воспроизводить природные процессы крупнонаситаб-кого теплозлпгообтм. Простота иодо .та ведет к тому, что затрата вагшшого врензнп для часлешшх экспериментов невелики, расчеты псгут производиться на персональной компьютера.

Евэдокяэ з нодо.чь упрощенного описания атшсфсрнсй еэтвп гпд-рололпзс7:ого щпига позволило перейти к сппсшта пбютнчйвостз в шрс^о^'точлсгл изсогабэ врзизни текш: вагзпа «лпгатачостгк харпето-рзстттк как осада, влегосодоргидао п плагспирзксс.

Накболза вшншо рззультата заключаются я слодукцои: 1. Подоль гср?~о воспроизводит пата ьшсячгзи тсиа.члй ТПО. Поля ат , соглпсуатсл с рссстатяшшш по наблздшпшгг дагапш) для всея

з

сзсогяз. Иаксзмалышо гаигсатя от достаггтя зжсЗ в гоно суСполяр-

0 ' , юто фронта (болао 2°С). Прптштиз в подола ешзпчшш (й всошй) тол-

щины ВКС (25 и 50 и) соответствуют летним и зимним значениям H .

s

Иначе говоря, при Н3=25 и от зимой несколько превышает значения,

з

рассчитанные по измеренный данным, а при На=50 н занивею* для

s

лета. В делом летние аномалии ТПО воспроизводятся хуже, чем для остальных сезонов.

2. Среди наиболее значительных источников изменчивости поля ТПО выделяются адвекция тепла аномальными дрейфовыми течениями и аномальное испарение с поверхности океана. Доля их в суммарной дисперсии ТПО на протяжении года меняется незначительно. Первый из указашсых источников вносит максимальный вклад (80-100%) в зонах океанического фронта, где наиболее велики градиенты климатического поля ТПО, второй - в кжных областях акватории, и на северо-востоке и северо-западе области. Показано, что аномальные потоки турбулентного тепла в атмосферу не вносят существенного вклада в суммарную дисперсию ТПО.

3. ¿вторегрессионный анализ модельных данных показал, что наиболее ч асто встречающиеся модели йвгорегрессии имеют первый порядок. Значения первого частного коэффициента авторвгрессии, который характеризует корреляции мекду смежны.л месяцами, колебались в пределах 0.5-0.7 (60% рядов), приблизительно по 20% приходится на ряда, где этот параметр превышал 0.7 или был меньше 0.5. Разница мекду первый частным и первым общим коэффициентом авторегрессии весьма незначительна. Распределение в пространстве всех упомянутых характеристик не не приурочено к теи или иным локальна« особенностям процессов теплообмена на акватории Северной Атлантики.

4. Рассчитанные по модельным данным поля средкеквадратических аномалий потока турбулентного тепла в атмосферу, оа , сходны с ревльны-

ии. Максимальные значения зимой в зоне субполярного фронта превышают 5.5 МДК'М-2-сут-1. Летом поле оа .более однородно с характерными

2

значениями 0.5-1 МДх-м~г-суг 1,

5. Получены оценки средаеквадратических отклонений месячных аномалий температуры воздуха на уровнне средней тропосферы, интегрального влагосодеркания тропосферы, зональной и меридиональной составляющих интегрального потока влаги и осадков. Сравнение полученных оценок с данными наблюдений свидетельствует о правдоподобности, в целом, генерируемых в модели полей месячных аномалий указанных параметров.

6. Были оценены два наиболее существенных источника изменчивости месячных сумм осадков. Показано, что во внутренних районах континентов, удаленных от акваторий морей и океанов в зимние месяцы вклад аномальной дивергенции интегрального потока влаги в суммарную дисперсию месячных сумм осадков превышает 90%, над акваториями морей он снимется до 60-80*, а над зоной океанического субполярного фронта - до 40%. В легаш месяцы пространственные вариации вклада аномальной даввргвнщш менее существенны, и над большей частью области он составляет 60-80% (исключая условно засушливые района, гдз его доля прэвш8вг 901 н иг акватории океана, где доля скипается до 50%). Остальной вклад в суммарную дисперсна осадков вносит аномальное пспярзшзе с поверхности океана (континента).

?. НяЕбольазй.вклад а изменчивость интегрального потока влага (в срэдкзы 90%) вносят член, содержащий произведение среднего шюгояат-нэго значэлкл гбсолаткоЭ влаяноста на поверхности 650 иб а месячной зномалш ветра на атоЗ ш поверхности. Для целей параметризации еношшьного шгагспэрзлоса шшю ограничзться описанием только этого одного слатавшго.'

а. Автореграссишний анализ иодеяышх рядов »ешературм воздуха,

влагосодержашя и осадков показал их малую инерционность. Среда АР моделей преобладали модели нулевого или первого порядка с малин коэффициентом авторегрессии (в среднем 0,1).

Основные положения диссертации опубликованы в следуюд^ис работах;

1.Статистический анализ изменчивости крупных аномалий температуры воздуха в приводном слое над Северной Атлантикой. // Всесоюзная конференция "Гидрология 2000 года". Тез. докл. - Москва, 1986. -с. 200-201.

2. Construction of dynamic-stochastic heat and -water exchange climate models using the approach of J.Adera // Geofieica Intemacional, 1991, vol.30, Num. 1, pp. 5-12.

(Совместно с С.Г.Добровольским и Е.С.Ярошем;

3. Stochastic models of heat and water exchange processes . In the ocean-atmosphere-land-cryoephere system. // XX IUGC General Аввега-Ыу, Vienna, August 11-24, 1991. Program and Abstracts, p. 18. (Совместно с С.Г.Добровольским)

4. Stochastic models oi the Ocean Level Changes. // XX IUGG General Assembly, Vienna, August 11-24, 1991. Program and Abstracts, p. 136. (Совместно с С.Г.Добровольский)

5. On the application oi a dynamic-stochastic climate model to the simulation of oceanic uppor layer thermal variability. (В печвти)

6. On the Stochastic Theory oi Climatic Variations of the Global Heat and Water Exchange. (Совместно с С.Г.Добровольским, в печати)

7. Incorporation of hydrologic cycle elements into the dynamicr-stochastic climate rcodel. (Совместно с С.Г.Добровольским, в печати)