Расчет поля ветра над океаном

Балса Йепес Алдрин Сегундо

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Расчет поля ветра над океаном
ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Расчет поля ветра над океаном"

Министерство образования Российской Федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(РГГМУ) РГБ ОД

- э к;он ш

На правах рукописи УДК 551.55(261.1)

Балса Йепес Алдрин Сегундо

РАСЧЕТ ПОЛЯ ВЕТРА НАД ОКЕАНОМ

11.00.09 — Метеорология, Климатология, Агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических паук

Министерство образования Российской Федерации РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(РГГМУ)

На правах рукописи УДК 551.55(261.1)

Балса Йепес Алдрин Сегундо

РАСЧЕТ ПОЛЯ ВЕТРА НАД ОКЕАНОМ

11.00.09 — Метеорология, Климатология, Агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Работа выполнена в Российском Государственном Гидрометеорологическом Университете.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцепт В.М. Радикевич.

Официальные оппоненты: Доктор географических наук, профессор Л.А Хандожко, кандидат географических наук, В.Н. Боков

Ведущая оргапнзацпя: Санкт-Петербургское отделение Государственного Океане^? лческого Института

Защита состоится " 27" апреля 2000 г. в 1530 часов на заседании

диссертационного совета (К063.19.01) Российского Государственного Гидрометеорологического Университета по адресу: 195196, г. Санкт-Петербург

Малоохтинский проспект, 98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского Государственного Гидрометеорологического Университета.

Автореферат разослал " дПРЕЛЯ_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

А.В. Лубяной

Общая характеристика работы

Нижней границы атмосферы над морем является водная поверхность, которая обладает рядом специфических свойств, отличающих ее от подстилающей поверхности на суше, где характер и положение неоднородностей подстилающих поверхности фиксированы и не меняются во времени, а так же не зависят от скорости ветра. Водная поверхность, напротив характеризуется совокупностью волн, имеющих различные размеры, форму и скорость и претерпевающих как закономерные, так и нерегулярные изменения. Размеры, пространственное распределите и временные изменения океанических волн подчиняются статистическим законам, причем характер воздушного потока и скорость ветра играют здесь решающую роль. Кроме того, в поверхностном слое моря имеют место орбитальные движения и дрейфовые течения, взаимодействующими с воздушным потоком.

Нижние несколько метров атмосферы над морем имеют огромное значение, поскольку именно здесь происходит динамическое взаимодействие между атмосферой и океаном. На самой поверхности раздела осуществляется передача количества движения, определяющая характеристики пограничных слоев и в атмосфере и в океане. Таким образом, ветер над морской поверхностью имеет важное значение для оценки взаимодействия атмосферы и океана и прогноза волнений.

Актуальность темы исследования. Так как измерений ветра в океане сравнительно немного, а точность их часто не высока, то актуальной задачей является расчет поля ветра.

При построении шлей ветра по данным наблюдений, возникают трудности, связанные с недостаточной точностью и плотностью сети наблюдений в открытом океане. К сожалению, при этом, не могут бьггь использованы наблюдения на береговых и островных станциях, где воздушный поток искажается рельефом и строениями. Для уменьшения влияния ошибок наблюдений может использоваться объективный анализ, который, однако, требует знание основных особенностей самих полей.

С учетом всего сказанного, наряду с развитием и совершенствованием сети наблюдений, целесообразно совершенствовать и методы расчета полей ветра над океаном.

Так как наблюдешм над атмосферным давлением выполняются с точностью ±0,1 гПа (наименее искажаемый метеорологический параметр, измеряемый с борта кораблей), поле давление является скалярным, а наблюдениями на береговых и островных станциях можно воспользоваться при его построении, то целесообразно использовать для описания поля ветра наблюдения давления у поверхности земли. Кроме того, современные численные методы прогноза погоды дают возможность предсказать поле давления, по которому можно определить геострофический ветер. Для определения ветра в приводном слое нужно уметь перейти от геострофического ветра к приводному.

Цели и задачи работы. Основной целью диссертационной работы является разработка оперативного алгоритма расчета ветра в приводном слое атмосферы, основанного на использовании стандартных гидрометеорологических наблюдений (СГМН).

Для достижения цели пришлось решить ряд задач:

1. Аппроксимировать поле давления по случайно расположенным пунктам и рассчитывать составляющие барического градиента с определенным пространственным шагом;

2. Рассчитывать геострофический (градиентный) ветер в том числе и с учетом особенностей низких широт;

3. Осуществить переход от геосгрофического (градиентного) ветра к приземному.

Подставлены задачи решались в следующей последовательности:

1) На основе двух рядов данных для разных физико-географических условий был изучен вопрос о выборе пространственного шага для определения геосгрофического (градиентного) ветра;

2) С помощью метода наименьших квадратов проводится аппроксимация поля давления для полинома третей степени в условиях открытого океана для умеренных широт. Для низких широт в Атлантическом океане поле давления аппроксимируется полиномами более высокой степени в диапазоне широт 20° ю.ш - 20° с.ш. для разных диапазонов долгот;

3) На основе нелинейной модели планетарного пограничного слоя атмосферы была разработана схема, по которой осуществляется переход от геострофического ветра к приводному. При этом использовались аппроксимированные функции притоков компонентов касательного напряжения и параметрический учет градиента температуры на верхней границе пограничного слоя. В модели учитываются стратификация приводного слоя и верней части погранслоя, а также шероховатость морской поверхности через формулу Чарнока.

Методика исследования и исходный материал. В качестве исходного материала для исследования выбора пространственного шага для определения составляющих барического градиента были привлечены данные эксперимента В ангара, выполненного в Австралии, и данные с карт АТ850 для декабря и июля I960 г. для района Москвы. Определенный по этим двум рядам данных градиент давления по 4-м и 8-ми точкам показывает, что для разных физико-географических условий оптимальный шаг по пространству лежит в пределах 170-350 км.

Для изучения особенности поля ветра вблизи экватора использовались данные об атмосферном давлении из опубликованного в 1996 г. немецкого ежегодника, осредненные за десять лет в диапазоне 20° с.ш. 200 ю.ш. и 0° - 40° з.д. Этот материал был обработан и проанализирован с помощью компьютерных средств, входящих в комплект MS OFFICE. Полученные при этом результаты расчета ветра в свободной атмосфере и в приводном слое на высоте 10 м. подтверждаются наблюдениями. Для умеренных широт для северной Атлантики брались данные с синоптических карт за 1968 год, имеющиеся в архиве РГТМУ, в диапазоне широт 35°-60° с.ш. и 0°-50° з.д. Для надежной аппроксимации поля давления брались квадраты 10° х 10° и 15° х 15° в зависимости от количества точек, содержащихся в них. Дополнительным материалом в исследованиях является данные из НИСП "ПРИЛИВ" (рейс 7 и 8), НИС "ОКЕАН" (рейс 8), НИСП "ВОЛНА" (рейс 10) и И/С "Ю.М. Шокальский" (рейс 12), с помощью которых была получена новая эмпирическая зависимость для расчета скорости ветра в приводном слое Мирового океана. С помощью этих данных также были исследованы зависимости Сю/G от разных параметров, входящих в комплекс СГМН.

Научная новизна и практическая значимость. Настоящая работа отличается от других предыдущих исследований тем, что в ней наиболее полно рассмотрены все этапы расчета ветра (описание поля давления, определение градиента давления, расчет геострофического или градиентного ветра с учетом особенностей низких широт, параметризация стратификации в планетарном пограничном слоя атмосферы —ППС).

Расчет поля ветра осуществляется с помощью разработанного оперативного алгоритма, представляющего собой программу, написанную на Фортране 90. Это позволяет с помощью составленного интерфейса облегчить расчеты на практике. Кроме того входные параметры для расчетов являются стандартными и регулярно поступают в мировые центры данных.

В целом на защиту выносятся:

1. Обзор разных методов измерения ветра над водной поверхностью с оценкой их точности и возникающих при их проведении трудностей;

2. Результаты исследования вопроса о выборе пространственного шага при определении градиента давления и расчете геострофического ветра;

3. Аналитические модели и результаты расчетов геострофического и приводного ветра, сделанные на их основе вблизи экватора в Атлантическом океане;

4. Предложенный оперативный алгоритм расчета ветра над океаном для умеренных широт, с учетом влияющих факторов.

Апробация работы была проведена на итоговых заседаниях Ученого Совета, семинарах и заседаниях кафедры динамики атмосферы и космического землеведения РГГМУ в 1999-2000 гг.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. В список использованных источников включены наименования 117 работ. В двух приложениях приведена программа расчета поля ветра, которая была написана на Фортране 90. Работа состоит из 161 страниц и содержит б таблиц и 31 рисунков.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается выбор темы, рассматривается вопрос об актуальности расчета поля ветра над океаном, излагаются цели и задачи работы.

В первой главе дается краткий обзор разных методов измерения ветра в океане. Приводятся оценки точности судовых, буйковых и спутниковых измерений над морской поверхностью и описаны трудности, возникающие при их проведении. Средняя квадратическая ошибка определения скорости ветра в открытом океане по судовым измерениям составляет около 2,5 м/с. Это связано с рялом причин: искажающим влиянием корпуса судна, зависящим от размещения датчиков и курсового угла ветра, а также влиянием качки судна. Следует также иметь в виду неравномерность распределения судовых наблюдений по акватории моря — эти данные группируются вдоль судоходных трасс

Для уменьшения влияния погрешностей судовых измерении, характеристики ветра иногда измеряются с буев. Однако большим недостатком всех буйковых станций является нх малая живучесть и погрешности в измерении, вносимые в них собственными движениями буя. Учитывая, что датчики скорости и направления ветра, устанавливаемые на буе, часто работают в сложных гидрометеорологических условиях (нагрузки штормовых ветров и заливание водой), очевидно, что буйковые данные о ветре не являются самыми надежными. Практически все измерения, проводимые на этих надводных станциях имеют погрешности ±1 м/с. Достаточно высокая стоимость, малая автономность, ограниченный объем измерений и высокий процент потерь буйковых станций дают основание считать, что буйковые измерения скорее всего должны рассматриваться как возможность исследования отдельных районов океана и проверки расчетных методов определения поля ветра.

Преимуществом спутниковой информации о ветре является не столько ее качество, как количество наблюдений, обеспечивающее возможность исследования взаимодействия океана и атмосферы в глобальных масштабах, хотя они охватывают не все районы Мирового океана и требуют выполнение определенных условий. В зависимости от метода (их пять), по которым определяется поля ветра, точность определения скорости ветра колеблется в пределах от 0,5 м/с до 2,0 м/с, а направление от 10 до 28°, хотя оно не всегда поддается оценке.

Во второй главе рассматривается вопрос об аппроксимации поля давления по наблюдениям в случайно расположенных точках. В данной методике для такой цели была принята полиномиальная аппроксимация как наиболее распространенный на практике метод аппроксимации:

/М= "ъ а ¥Лх,у), (1)

Лг = 0 * *

где у/к = 1,х,>>,.,хр,У,*',у' - совокупность линейно независимых функций; />,ц,£ -

(¿ + 1Х* + 2)

целые числа, причем ( - степень полинома связана с числом его членов: п = -----.

К недостаткам метода относится то, что реальные поля, точнее некоторые их участки, плохо описываются полиномом выбранной степени; повышение же степени полинома приводит к росту влияния ошибок измерения на точность расчета его коэффициентов и определения барического градиента, важной характеристики для определения геострофического ветра. В данной работе был рассмотрен вопрос о выборе степени полинома для того, чтобы правильно описать поле давления во времени и пространстве. При этом, подробно был исследован вопрос о выборе пространственного шага для определения градиента давления и расчета геострофического ветра. Градиент давления (геопотенциала) можно определить как непосредственным дифференцированием по х и у аналитической аппроксимации поля давления (1), так и через конечно-разностную аппроксимацию производных, используя наблюдения атмосферного давления в детерминированных точках пространства или результаты интерполяции поля давления. В первом случае получается локальный градиент давления, определяющий "мгновенное" значение скорости геострофического или градиентного ветра. Обычно измеряется и рассчитывается средний за определенный интервал времени ветер. Так как осреднение во времени в фиксированной точке связано с определенным осреднением по пространству, то этому лучше отвечает второй подход: в случае конечно-разностной аппроксимации определяется не локальный, а осредненный на выбранном пространственном интервале градиент давления. В настоящей работе в качестве критерия использовано согласие рассчитанного и наблюдаемого геострофического (градиентного) ветра. Для этого были обработаны данные об атмосферном давлении и скорости ветра по двум рядам данных (эксперимент В ангара и Москва). Оказалось, что для разных физико-географических условий рассчитанный геострофический ветер стремится к измеренному на высоте 10001500 м при 11=1704-350 км. В среднем можно выбрать 260 км.(Рис.1) по крайней мере, в первом приближении полученную оценку можно отнести к расчету геострофического ветра над однородной водной поверхностью.

Так как конечно-разностная аппроксимация градиента давления, как правило, основывается на значениях давления в узлах определенной сетки, а не в случайно расположенных точках с измерением давления, то требуется аппроксимация барического поля. При этом для сохранения пространственного осреднения накладывается дополнительное условие на порядок аппроксимирующего полинома. Если описать поле давления (геопотенциала) в виде аналитической заданной функции

/(х,у)=а0 +ах>+Ьу, (2)

то оказывается, что при 1=1,2 осредненный по пространству градиент совпадает с градиентом определенным в точке. Только при 5=3 (полином выше третьего порядка неоправдан из-за трудности определения коэффициентов), локальный градиент отличается от осредненного:

-+а,г дх дх

ду ду 3 где г - пространственный шаг.

На самом деле в (2) не учитываются все члены полинома, а в условиях океана, где точки наблюдения расположены случайным образом, для повышения точности определения барического градиента с помощыо метода наименьших квадратов нужно учесть все члены полинома третей степени, так как при этом происходит более полное усвоение информации

р(*,У) ~ ао+а1(х~хо)+Ь](у-у0) + а2(х-х„У +Ь2(у-у0) + +с1(х-х<1)(у-у0)+с2(х-х0У+с3(х-хлУ(у-у1])+ (4)

В реальных условиях изобары в основном криволинейные. В таком случае нужно учесть при расчетах и радиус кривизны изобар. Однако, из-за большого субъективизма при их проведении и определении радиуса кривизны (через одну и ту же точку можно провести множество окружностей с разными радиусами) в данной методике ограничимся учетом только геострофического ветра.

Зависимость отношения рассчитанного ветра по сети 19-ти стаций (О]}«) к рассчитанному по 8-ми точкам для эксперимента Вангара от пространсвенного шага Я

019,ДГ8

2,0 г

1,5

1,0

0,5

0,0

100

150

200

250

300

350

Рис.1

В третьей главе рассмотрены особенности расчета геострофического и приземного ветра вблизи экватора.

При решении задачи о связи поля давления и ветра вблизи экватора возникает необходимость осреднения поля давления по широте и долготе, связанное с тем, что метеорологических пунктов наблюдений над океаном в экваториальной зоне очень мало. При этом приходится интерполировать и экстраполировать данные наблюдений и тем

самым получается большая погрешность и трудности в определении , ^/¿¡у > •

Если учесть, что поле давления, в отличии от ветра, может быть достаточно точно измерено и, что над открытым океаном эффекты бароклинности выражены слабо, то сила барического градиента, по крайней мере на нижней границе свободной атмосферы, может быть определена через приземное давление, горизонтальный градиент которого у экватора

1 &Р 1

может стремиться к нулю. Наблюдения показывают, что при <р-Ю ,--«--. Это

р сх р ду

отражается в том, что в некоторых моделях ^^ не учитывают, либо учитывают посредством его параметризации. Часто задается в виде

1 др 7 «ч

——=а2у. (5)

Р ду

Тогда для случая квазисиметричного распределения давления относительно

экватора предложены аналитические модели при точном £

V (7)

и приближенном

в8".-!«-/)'. (8)

а/2 4 у;

решениях задачи для расчета геострофического ветра,

где у - широта в метрах; уч - широта, в которой выполняются геострофические

е-*г{у>-у2), (6)

соотношения; р - параметр Россби, ие =—

Так как коэффициент а2, описывающий меридиональный профиль градиента давления, в общем случае может быть разным для разных долгот (разных х), то через него параметрически учитывается зависимость полученного решения задачи от х. Результаты расчета для а2 = 1,3.Ю-10 с1 представлены на рис.2. Из него видно, что на широтах 6°-7° с.ш. получаются скорости ветра, характерные для пассатов. Приближенное

решение V отличается от точного решения V не более, чем на 0,5 м/с на у = уь

По средним данным о поле давления в низких широтах в Атлантическом океане получены разные аппроксимации для меридиональной и широтной составляющих градиента давления

—=10-2У-2х 10'2У+9х Ю-1 У+2* Ю'7у-2х Ю"2 (10)

ду

— ^хКГ^у^Ю-НуЧю-'у-бхЮ-2 (И)

Зх

дР дР

где — и — - выражается в гПа/ 100км; х, у - в метрах. дх ду

В таком случае

Рр ду2' ~ р'

_ » и г _ и

"»Ким*..«- - о Д,2 " » ' ( '

Ю"10 Па/м2 следует, что

Из проведенных численных экспериментов при определенных для указанного

района Атлантического океана а2-1,67x10 10с"1 и. — (—

ду

составляющая скорости ветра и^ вблизи оси ложбины ведет себя неустойчиво и равна -7,3 м/с на широте 0-1° с.ш. и в целом она имеет восточное направление. \г - составляющая имеет южное направление в пределах от 0° до 1,5° с.ш., то есть вплоть до оса ложбины. Выше 1,5° с.ш. она изменяет свое южное направление к северному. Величина сложным образом изменяется с широтой.

Профили составляющих вектора скорости ветра по точной (и, V при у,=7,77.105 м , и 1, V1 при у,=6,66Л05 м) и приближенной (и, У2 при у!=7,77.105 м, и,УЗ при у1=6,66.105 м) формулам

Для ППС предлагается двухслойная модель при задании коэффициента турбулентности с изломом, согласно которой скорость ветра в приземном (приводном) слое (г < Ь) определяется как: и„ А

Щ =

Н-h + hlnh/i

-In z/z„

v8A

-lnz/z.

(14)

H-h + hlnh/z0

где h - высота приземного(приводного) слоя; H - высота ППС

Результаты расчетов на высоте z=10 м показывают, что для Н— 600 - 1000 м, h= 100 - 150 м и г0= 2.10"2 v.2/g, (v. =3.10"2 G), отношение Cio/G колеблется в пределах 0,5 - 0,7, что близко к наблюденным величинам вблизи экватора.

В четвертой главе дается краткий обзор эмпирических моделей расчета поля ветра, а также методик, основанных на использовании теоретических соотношений и моделей ППС. Приведены некоторые оценки характеристик поля ветра в приводном слое

и основные недостатки этих подходов. Отмечается, что преимущество теоретических моделей состоит в возможности учета большего числа определяющих факторов, но это приводит к сложным расчетным соотношениям, затрудняющим оперативные расчеты . В связи с этим в ряде случаев теоретические подходы используются как основа для эмпирических параметризаций.

В пятой главе предложено новое эмпирическое соотношение для расчета скорости ветра и оперативный алгоритм расчета приводного ветра, основанной на нелинейной модели планетарного пограничного слоя атмосферы и результатах, полученных в гл.2. В алгоритме используется аналитическая аппроксимация функций, полученных ранее при численном интегрировании модели ППС, и параметризация учета влияния стратификации.

Используемая в данной работе нелинейная модель основана на современной теории стационарного и горизонтально однородного пограничного слоя атмосферы и океана, а также на теории взаимодействия пограничных слоев атмосферы и океана

(15)

^¿Kío-^tf,)-^:«,)], (16)

£«,= — =--f--(17)

где х - геострофический коэффициент трения; G - модуль геострофического ветра;

Z Z

zn = — - безразмерная высота; 4, = — - безразмерная шероховатость для атмосферы;

L, Ц

- безразмерная шероховатость для моря; Ь = УУ'*1 - характерный линейный Ьг 2о)г

масштаб длины для пограничного слоя (¡=1 для атмосферы, х=2 для моря);

v,, - динамическая скорость (v~ = Л—v_); к = 0,4 - постоянная Кармана;

VP*

Т]„,сгП - притоки компонентов касательного напряжения, известные функции

= у-), стратификации атмосферы и океана; ае - угол между векторами

геострофического ветра и касательным напряжением на поверхности, вдоль которого направлена ось*.

Геосгрофический коэффициент трения определяется с помощью трансцендентного уравнения

х = Нп'Л^+^п'Л^))2]'1- (18)

Стратификация атмосферы учитывается через выражения, описанные как

, е АТ +r„z

Т 2ozv. 1п(г/ 20)

■ = Уи Г 4 al

где - параметр стратификации в приземном слое; Г - параметр стратификации в верхней части пограничного слоя, который принимался равным 400.

Параметр шероховатости (го) рассчитывается по формуле Чарнока.

Таким образом для определения составляющих скорости ветра и угла аг необходимо знать ц\ и <т'„ (величина х также от них зависит), которые зависят от , и и от стратификации атмосферы. Для определения этих зависимостей нужно либо каждый раз численно интегрировать нелинейную модель, либо использовать табличное задание этих функций. Так как эти зависимости для широкого диапазона изменения определяющих их параметров являются сложными, то при использовании таблиц необходима нелинейная и переменная схема интерполяции. Разработка такой схемы интерполяции непростая задача, а ее применение существенно усложнило бы алгоритм оперативного расчета приводного ветра. С учетом этого было признано целесообразным аппроксимировать функции т]\ и сг'„ для реального диапазона изменения параметров аналитическими функциями, удобными для численного алгоритма оперативного расчета. Кроме того стратификация атмосферы зависит не только от параметров, которые можно получить из данных наблюдений или снять с карты АТ850, но и от параметра уя , для определения которого необходимы данные аэрологических наблюдений, выполняемые над океаном довольно редко и с невысоким качеством. С учетом этого целесообразно параметризовать уп через данные стандартных гидрометеорологических наблюдений (СГМИ). По данным с НИСП "ПРИЛИВ"(рейс 7) и НИСП "ВОЛНА"(рейс 10) для р-40 с.ш. и Х~160° в.д. была получена следующая зависимость:

у„ =-1,63.+ 0,78.10~2, (К/100 м) (20)

Для расчета поля ветра по данной методике был составлен оперативный алгоритм. При этом расчеты выполнялись для рассмотренных в гл.2 двух случаев аппроксимации поля давления, значения которого снимались с синоптических карт из архива РИМУ. На рисунках 3-6 представлены сравнения измеренных и рассчитанных скорости и направления ветра для обоих случаев аппроксимации поля давления. Видно, что ветровые характеристики наилучшем образом определяются при втором варианте аппроксимации поля давления, для которого средняя квадратнческая ошибка составила 1,4 м/с и 27° для скорости и направления ветра соответственно. Для первого варианта - 1,8 м/с и 36°. Это понятно, если учесть, что в условиях океана, где точки наблюдения расположены случайным образом, для повышения точности определения барического градиента с помощью метода наименьших квадратов нужно учесть все 'иены полинома, так как при этом происходит более полное усвоение информации. Расхождение между рассчитанным и измеренным ветром понятно с точки зрения того, что для сравнения использовались данные с синоптических карт, на которых ветер указывается с точностью 2,0 м/с, а направление - 30°, помимо случайных ошибок при нанесении метеорологической информации на них, а так же ошибок самих измерений, о которых речь шла в гл. 1.

Большую роль играет также и выбор райопа. Перед тем как проводить расчеты целесообразно проанализировать барическое поле для того, чтобы выделить расположение областей низкого и высокого давления, так как на границе между ними в расчетах могут возникнуть заметные ошибки. Также нужно с осторожностью проводить расчеты в их центрах, из-за влияния кривизны изобар. Кроме того, лучше выбирать квадраты примерно 10°х10° или 15°х15°, в которых имеются от шести и более пунктов наблюдений. Следует также иметь ввиду, что при сильных инверсиях скорости ветра завышена по сравнению с наблюдениями.

Береговые и островные данные можно использовать дня аппроксимации поля давления, но расчет ветра для этих районов ненадежен из-за влияния термического ветра и местных ветров. Таким образом, проделанные расчеты скорости и направления ветра показывают, что оперативная программа может быть использована для расчета поля ветра над открытым океаном, где в значительной степени выполняются условия, заложенные в модели ППС.

Си 30 25 20 15 10

Сравнение набдюдепной(Си) ирассчитанной(Ср) скорости ветра 10 м) для полинома третьей степени с семью членами

15 20

Рис.3

Ср

Сн 30 25 20 15 10 5 0

Сравнение набдюденной(С„) и рассчитанной(Ср) скорости ветра (7=10 м) для полинома третьей степени с десятью членами

Рис.4

30 с

Сравнение наблюденного^ и рассчитанного(<1р) направления ветра ветра (7,=10 м) для полинома третьей степени с семью членами

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 ^

Рис.5

Сравните наблюденного((1н) и рассчитанного^) направления ветра ветра (2--10 м) для полинома третьей степени с десятью членами

450 400 350 300 250 200 150 100 50 О

100

150 200 250 300 350 400

450 ар

Рис. б

В заключении приведены основные результаты выполненной работы:

I. Приведенный в первой главе обзор методов измерений ветра над океаном позволяет оценить их точность, что важно как для практических целей так и при проверке новых моделей расчета поля ветра (сопоставление расчетов с данными из наблюдений);

1. На основе обработки полей давления и геопотенциала и наблюдений ветра на изобарической поверхности 850 гПа показано, что отношение рассчитанного геострофического и градиентного ветра к наблюденному ветру на этой изобарической поверхности асимптотически стремится к единице для разных физико-географических условий при пространственном шаге, лежащем в пределах 170 - 350 км;

3. При изучении вопроса о полиномиальной аппроксимации поля давления показано, что только при полиноме третей степени можно сохранить осреднение по пространству, для того, чтобы учитывать те крупномасштабные факторы, которые невозможно учесть при локальном определении градиента давлении и при выборе маленького пространственного шага;

4. Для разных диапазонов долгот в Атлантическом океане аппроксимировано поле давление в приэкваториальных широтах и определены коэффициенты аппроксимации;

5. Получены разные аппроксимации для широтной и меридиональной проекции градиента давления вблизи экватора в Атлантическом океане;

6. Получены точное и приближенное решение задачи об определении поля ветра по заданному полю давления в случае симметричного его распределения относительно экватора без учета широтной проекции барического градиента. Из расчетов по предложенным моделям следует, что на широтах 6° - 7° для северной части Атлантического океана получаются вектора скорости, соответствующие пассатам;

7. Предложена простая модель расчета скорости ветра в свободной атмосфере вблизи экватора в случае симметричного распределения поля давления относительно экватора и параметрического учета широтной составляющей градиента давления в Атлантическом океане;

8. Предложена двухслойная модель расчета приводного ветра вблизи экватора для стационарного горизонтально-однородного и плоского движения при задании коэффициента турбулмгпюсги в виде закона с изломом;

9. Численные эксперименты показывают, что предложенные модели расчета поля ветра в свободной атмосфере и в приводном слое вблизи экватора можно использовать на практике и при дальнейших исследованиях в этой части Атлантического океана,

10. Получено новое эмпирическое соотношение для расчета скорости приводного ветра в умеренных широтах Мирового океана;

II. Разработан оперативный алгоритм расчета поля ветра на основе нелинейной модели планетарного пограничного слоя атмосферы для условий открытого океана между 10° и 60° с.ш. В алгоритме используется аппроксимирующие функции притоков компонентов касательного напряжения, градиента температуры на верхней границе ППС и параметрически учитывается влияния стратификации атмосферы;

12. Схема расчета ветра над океаном была проверена путем сравнение с данными из наблюдений, нанесенных на синоптических картах для Северной Атлантики за 1968 г. Всего сравниваются сто случаев для двух вариантов аппроксимации поля давления. Оказалось, что наилучшие результаты получаются при полном, учете всех членов в полиноме третей степени. При этом точность определения скорости ветра на высоте 10 м составляет ±1,4 м/с, а направление — 28°. Приведенные выше оценки, строго говоря, не являются оценками точности расчета приводного ветра, так как согласно гл. 1 они зависят от точности самих измерений ветра, а также от точности его представления на картах. Для исключения влияния второго фактора в дальнейшем для проверки схемы расчета ветра

следует использовать непосредственно сами результаты СГМН (пока это не удалось по финансовым причинам);

13.Необходимо продолжить работы по усовершенствованию схемы расчета приводного ветра, обратив внимание на параметризацию учета стратификации атмосферы в верхней части ППС и шероховатости поверхности океана.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Радикевич В.М, Балса Й.А. Параметризация поля давления вблизи экватора//Итоговая сессия ученого совета: Тезисы докладов.-1999.-С.18.

2. Радикевич В.М, Балса Й.А. Связь поля давления и геопотенциала с ветром в свободной атмосфере//Современные проблемы гидрометеорологии: Труды Р1ТМУ.-1999.-Вып. 122.

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Балса Йепес Алдрин Сегундо

Введение.

1. Наблюдения ветра над океаном.

1.1. Судовые измерения.

1.2. Буйковые измерения.

1.3 Спутниковые измерения.

1.4. Описание поля ветра по наблюдениям над океаном.

2. Расчет геострофического и градиентного ветра.

2.1 Приближение геострофического и градиентного ветра.

2.2 Аппроксимация поля давления.

2.3 Определение градиента давления.

3. Особенности расчета геострофического и приземного ветра вблизи экватора.

3.1. Расчет геострофического ветра.

3.2. Расчет приземного ветра.

4. Методы расчета приводного ветра.

4.1. Эмпирические соотношения.

4.2. Методы, основанные на использовании теоретических соотношений и моделях ППС.

5. Расчет и анализ приводного ветра над океаном.

5.1 Эмпирические соотношения.

5.2 Расчет приводного ветра на основе нелинейной модели ППС.

5.3 Аппроксимация функций и определение параметров в нелинейной модели ППС.

5.4 Общий алгоритм расчета.

5.5 Сравнение расчета с наблюдениями.

Введение Диссертация по географии, на тему "Расчет поля ветра над океаном"

Нижней границей атмосферы над морем является водная поверхность, которая обладает рядом специфических свойств, отличающих ее от подстилающей поверхности на суше, где характер и положение неоднородностей подстилающих поверхностей фиксированы и не меняются во времени, а так же не зависят от скорости ветра. Водная поверхность, напротив характеризуется совокупностью волн, имеющих различные размеры, форму и скорость и претерпевающих как закономерные, так и нерегулярные изменения. Размеры, пространственное распределение, и временные изменения океанических волн подчиняются статистическим законам, причем характер воздушного потока и скорость ветра играют здесь решающую роль. Кроме того, в поверхностном слое моря имеют место орбитальные движения и дрейфовые течения, взаимодействующими с воздушным потоком.

Сведения о ветре также важны для решения таких практических задач как обеспечения работы всех судов, добычи полезных ископаемых, биологического освоения шельфа, прогноза наводнений и т.д. Следовательно, точность определения поля ветра влияет на конечные результаты расчета этих важных характеристик. Так как измерений ветра в океане сравнительно немного, а точность их часто не высока, то актуальной задачей является расчет поля ветра.

При построении полей ветра по данным наблюдений, возникают трудности, связанные с недостаточной точностью и плотностью сети наблюдений в открытом океане. К сожалению, при этом, не могут быть использованы наблюдения на береговых и островных станциях, где воздушный поток искажается рельефом и строениями. Для уменьшения влияния ошибок наблюдений может использоваться объективный анализ, который, однако, требует знание основных особенностей самих полей.

Так как наблюдения над атмосферным давлением выполняются с точностью ±0,1 гПа (наименее искажаемый метеорологический параметр, измеряемый с борта кораблей), поле давление является скалярным, а наблюдениями на береговых и островных станциях можно воспользоваться при его построении, то целесообразно использовать для описания поля ветра наблюдения давления у поверхности земли. Кроме того, современные численные методы прогноза погоды дают возможность предсказать поле давления, по которому можно определить и геострофический ветер. Для определения ветра в приводном слое нужно уметь перейти от геострофического ветра к приводному. Здесь возникают три задачи:

1. аппроксимация поля давления по случайно расположенным пунктам и расчет составляющих барического градиента с определенным пространственным шагом;

2. расчет геострофического (градиентного) ветра с учетом особенностей низких широт;

3. переход от геострофического (градиентного) ветра к приземному.

Подставлены задачи решались в следующей последовательности:

1) На основе двух рядов данных и при разных физико-географических условий был изучен вопрос о выборе пространственного шага для определения геострофического (градиентного) ветра;

2) с помощью метода наименьших квадратов проводится аппроксимация поля давления для полинома третей степени в условиях открытого океана(для умеренных широт). При этом для низких широт в Атлантическом океане использовались данные в диапазоне широт 20° ю.ш - 20° с.ш. для разных диапазонов долгот. Для умеренных широт для северной Атлантики брались данные с синоптических карт за 1968 год, имеющиеся в архиве РГГМУ, в диапазоне широт 35°-60° с.ш. и 0°-50° з.д. Для надежной аппроксимации брались квадраты 10° х 10° и 15° х 15° в зависимости от количества точек, содержащихся в них;

3) на основе нелинейной модели планетарного пограничного слоя атмосферы была разработана схема, по которой осуществляется переход от геострофического ветра к приводному. При этом использовались аппроксимированные функции притоков компонентов касательного напряжения и параметрически учет градиента температуры на верхней границе пограничного слоя. В модели учитываются стратификация приводного слоя и верней части погранслоя, а также шероховатость морской поверхности через формулу Чарнока.

Основной целью диссертационной работы является разработка оперативного алгоритма расчета ветра в приводном слое атмосферы, основанного на использовании стандартных гидрометеорологических наблюдений (СГМН).

Настоящая работа отличается от других предыдущих исследований тем, что в ней наиболее полно рассмотрены все этапы расчета ветра (описание поля давления, определение градиента давления, расчет геострофического или градиентного ветра с учетом особенностей низких широт, параметризация стратификации в планетарном пограничном слоя атмосферы —ППС).

На защиту выносятся:

1. обзор разных методов измерения ветра над водной поверхностью с оценкой их точности и возникающих при их проведении трудностей;

2. результаты исследование вопроса о выборе пространственного шага при определении градиента давления и расчете геострофического ветра;

3. аналитические модели и результаты расчетов геострофического и приводного ветра, сделанные на их основе вблизи экватора;

4. предложенный оперативный алгоритм расчета ветра над океаном для умеренных широт, с учетом влияющих факторов.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. В список использованных источников включены наименования 114 работ. В двух приложениях приведена программа расчета поля ветра, которая была написана на Фортране 90 под Windows. Работа состоит из 160 страниц и содержит 6 таблиц и 28 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Балса Йепес Алдрин Сегундо

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований всех этапов расчета приводного ветра получены следующие выводы:

1.Приведенный в первой главе обзор методов измерений ветра над океаном позволяет оценить их точность, что важно как для практических целей так и при праверке новых моделей расчета поля ветра (сопоставление расчетов с данными из наблюдений);

2.На основе обработки полей давления и геопотенциала и наблюдений ветра на изобарической поверхности 850 гПа показано, что отношение рассчитанного геострофического и градиентного ветра к наблюденному ветру на этой изобарической поверхности асимптотически стремится к единице для разных физико-географических условий при пространственном шаге, лежащем в пределах 170 - 350 км;

3.При изучении вопрос о полиномиальной аппроксимации поля давления показано, что только при полиноме третей степени можно сохранить осреднение по пространству, для того, чтобы учитывать те крупномасштабные факторы, которые невозможно учесть при локальном определении градиента давлении и при выборе маленького пространственного шага;

4.Для разных диапазонов долгот в Атлантическом океане аппроксимировано поле давление в приэкваториальных широтах и определены коэффициенты аппроксимации;

5.Получены разные аппроксимации для широтной и меридиональной проекции градиента давления вблизи экватора;

6.Получены получены точное и приближенное решение задачи об определении поля ветра по заданному полю давления в случае симметричного его распределения относительно экватора без учета широтной проекции барического градиента. Из расчетов по предложенным моделям следует, что на широтах 6° - 7° для северной части Атлантического океана получаются вектора скорости, соответствующие пассатам;

7.Предложена простая модель расчета скорости ветра в свободной атмосфере вблизи экватора в случае симметричного распределения поля давления относительно экватора и параметрического учета широтной составляющей градиента давления в Атлантическом океане;

8.Предложена двухслойная модель расчета приводного ветра вблизи экватора для стационарного горизонтально-однородного и плоского движения а также при задании коэффициента турбулентности в виде закона с изломом;

9.Численные эксперименты показывают, что предложенные модели расчета поля ветра в свободной атмосфере и в приводном слое вблизи экватора можно использовать на практике и при дальнейших исследованиях в этой части Атлантического океана;

10.Получено новое эмпирическое соотношение для расчета скорости приводного ветра в умеренных широтах Мирового океана;

11.Разработан оперативный алгоритм расчета поля ветра на основе нелинейной модели планетарного пограничного слоя атмосферы для условий открытого океана между 10° и 60° е.ш. В алгоритме используются аппроксимирующие функции притоков компонентов касательного напряжения, градиента температуры на верхней границе ППС и параметрически учитывается влияния стратификации атмосферы.

138

Приведенные выше оценки, строго говоря, не являются оценками точности расчета приводного ветра, так как согласно гл. 1 они зависят от точности самих измерений ветра, а также от точности его представления на картах. Для исключения влияния второго фактора в дальнейшем для проверки схемы расчета ветра следует использовать непосредственно сами результаты СГМН (пока это не удалось по финансовым причинам);

Библиография Диссертация по географии, кандидата географических наук, Балса Йепес Алдрин Сегундо, Санкт-Петербург

1. Коровин, В.П. Зарубежные технические средства в океанологии СПб.: Изд. РГГМИ, 1994.-195с.

2. Шишкина Л.А. Морское дело.-Л.:Гидрометеоиздат, 1978.192с.

3. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып.9, Ч.И, книга 1.- СПб.: Гидрометеоиздат, 1993,- 116 с.

4. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып.9, Ч.И, книга 2, СПб.: Гидрометеоиздат, 1993.- 235 с.

5. Ларин Д.А. К вопросу о реальной точности судовых метеорологических наблюдений//Труды ВНИИГМИ-МЦД,- 1986.-С.90-105.

6. Методическое письмо по обработке судовых наблюдений и пространственной экстраполяции статистических и вероятностных характеристик ветра над акваторией моря. Новосибирск, 1981.- 28с.

7. Каган Б.А. Взаимодействие океана и атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.- 336 с.

8. Дорошенко В.Н., Зражевский И.М, Радикевич В.М. Результаты исследования поля воздушного потока при обдувке модели судна в аэродинамической трубе //Тр. Всесоюзного совещания по морской метеорологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1966.-С.79-109.

9. Методические указания научно-исследовательским судам и судам погоды. Судовые измерения температуры воздуха, скорости ветра и расчет турбулентных потоков над морем. Л.:Изд. ГГО им. А.И.Воейкова, 1971.- 26 с.

10. Орленко Л. Р. Некоторые результаты исследований точности метеорологических наблюдений на научно-исследовательских судах//Труды АНИИ.-1974.-Т.315.-С.87-99.

11. Sanuku M, Kimura S. Experiments on a marine combination wind vane on anemometer in pitching or rolling motion//Papers. Meteor. Geophys.-Tokyo, 1954.-№5.-P.35-40.

12. Стехновский Д.И., Васильев К.П. Справочник по навигационной гидрометеорологии.- М.Транспорт, 1976.- 165 с.

13. Егоров Б.Н., Малевский-Малевич С.П. Об определении скорости ветра на дрейфующем судне//Метеорология и гидрология.-1983,- №3.-С.119-120 .

14. Ролль Г.У. Физика атмосферных процессов над морем. -СПб.:Гидрометеоиздат, 1968,- 400 с.

15. Quayle R.G. Climate comparisons of estimated and measured winds from ship//J. Appl. Meteorology.- 1980.- V.19, №2,- P. 142-156.

16. Берто, Г.О. Океанографические буи. Д.: Судостроение, 1979.- 215 с.

17. Eric A. Mendl, Glen D. Hamilton. Programs of the National Data Buoy Center// Bui. Of Amer. Met. Soc.-1992.-V.73, №7.-P. 985-993.

18. Скрипкина, E.A. Дрейфующие буйковые станции :Обзор.-Обнинск:Изд. ВНИИГМИ-МЦД, 1977.- 41 с.

19. Krauss, W. et al. The response of drifting buoys to currents and wind// Jour, of Geoph. Research.- 1989.-V94, X« C3 19.- P.3201-3210.

20. Временные методические указания по постановке притапливаемых буйковых станций. Л.:Транспорт, 1984,- 143 с.

21. Wayne V. Burt. A comparison of the responses of identical cup anemometers mounted on a spar and a toroid buoy//Jour. of Phys. Oceanography.-1975.- V.5, №4.- P. 789-792.

22. Halpern D. Comparison of moored wind measurements from a spar and toroiday buoy in the eastern equatorial Pacific during February -March, 1981//Geophys. Res.-1987.-Bd.92, №8.-P.8303-8306.

23. Богачев А.Д. и др. Методы и приборы измерения скорости и направления ветра на буйковых гидрометеорологических станциях: Обзор.-Обнинск, 1977.-40 с.

24. Nathalie Daniault et al. The use of free- drifting meteorological buoys to study wind and surface currents//Deep-Sea Research.-1985,- V. 32, № 1А,- P. 107-113.

25. Ella Dobson et al. Validation of Geosat altimeter derived wind speeds and significant wave heights using buoys data// Jour of Geoph. Research.-1987.- V92, № CIO.- P.10.719-10.731.

26. Булатов H.B. Состояние и перспективы использования спутниковой информации в рыбохозяйственных целях//Дистанционные исследования океана: Сб. статей.-Владивосток: ТИНРО, 1990,- С. 10-31.

27. Дистанционное зондирование в метеорологии,океанологии и гидрологии.-М.: Мир, 1984,- 535с.

28. Baker et al. Lidar- measured wind from space: a key component for weather and climat prediction//Bul. Of Amer. Met. Soc.-1995.- V76, № 6.- P. 869-889.

29. Гришин Г.А., Кихай Ю.В. Поле ветра над океаном по спутниковым данным: Состояние, проблемы, перспективы исследования земли из космоса.-1988,- №6.-С. 104-113.

30. Аникеева Л.А., Белокурова И.А. Восстановление поля ветра в зоне облачного вихря над Северо-западной частью Тихого океана//Интерпретация и использование спутниковых данных в анализе погоды:Труды ГосНИЦИПР,- 1976.- Вып.1,- С. 22-29.

31. Аникеева Л.А. и др. Технология и алгоритмы обработки информации с геостационарных спутников с целью получения данных о ветре// Методы и средства обработки космических гидрометеорологических данных:Труды ГосНИЦИПР.-1989.- Вып. 33,-С. 79-84.

32. Аникеева Л.А., Соловьева И.С. Об определении скорости ветра по снимкам с геостационарного спутника//Использование данных наблюдений со спутников для определения метеорологических параметров:ГосНИЦИПР.- 1980.- Вып. 7.- С. 62-69.

33. Naoto Ebuchi et al. Growth of wind waves with fetch observed by Geosat Altimeter in the Japan sea under winter monsoon//Jour. of Geoph. Research.-1992.- V97, № Cl.- P.809-819.

34. Wilie D.P., Hinton B.B. A Summary of the wind data available "from satellites from the past hystory to future sensors. Large-Scale Océanographie Experiments//Eds. C. Gautier, M. Fieux.-Reidel Publ. Co.-1983.-P.125-146.

35. Орлов В Н. и др. Дистанционные оптические методы определения скорости приводного ветра//Дистанционные исследования океана: Сб. статьей Владивосток: Изд. ТИНРО, 1990.- С. 129-137.

36. Вольян Г.В., Спридонов Ю.Г. Определение скорости приводного ветра по радиолокационным данным ИСЗ "Космос-1500'V/ Исследования Земли из космоса.-1982.- №3.- С. 3-11.

37. Stewart R.H. Seasat: results of the mission//Bul. of Amer. Met. SOC.-1988.- V69, №12,- P. 1441-1447.

38. Марцинкевич Л. M. Двухканальный СВЧ-радиометрический метод определения скорости ветра со спутника//Метеорология и гидрология 1981.- №3 .-С. 59-67.

39. Караев В. Ю и др. Трехпараметрический алгоритм определения скорости приповерхностного ветра по данным радиоальтиметрических измерений//Исследование земли из космоса.-№6.-1999.-С.33-41.

40. Brown R.A. et al. Surface wind analyses for SEASAT// Jour, of Geoph. Research.-1982.- V87, №c5 .-P.3355-3364.

41. Христофоров Г.Н. и др. О предельной точности скаттерометрического определения со спутника скорости ветра над океаном// Исследование Земли из космоса.-1987.- №2.- С. 57-65.

42. Rossby Т., Siedler G., Zenk W.The volunteer observing ship and future ocean monitoring//Bul. of Amer. Met. Soc.-1995.- V76, №1.-P.5-11.

43. Bunke K., Hasse L. An analysis scheme for determination of true surface winds at sea from ship synoptic wind and pressure observations//Boundary-Layer Meteorology.-1999.- V47.- P.295-308.

44. Halpern D., Freilich M.H., Weller R.A. ECMWF and ERS-1 surface winds over the Arabian sea during July 1995//Jour. of Phys. Oceanogr -1999.- V29, №7 .-P. 1619-1623.

45. Радикевич B.M. Динамическая метеорология для океанологов.-Л.: Изд. ЛПИ, 1985.-157с.

46. Динамическая метеорология /Под ред. Д.Л. Лайхтмана.-Л.: Гидромете оиз дат, 1976.-562с.

47. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы.-Л.:Гидрометеоиздат, 1970.-344с.

48. Орленко Л.Р. Строение планетарного пограничного слоя атмосферы, 1979.-271с.

49. Вагер Б.Г., Надежина Е.Д. Пограничный слой атмосферы в условиях горизонтальной неоднородности.-Л.:Гидрометеоиздат,1979.-136с.

50. Попов A.M. Расчетные профили метеорологических характеристик в планетарном пограничном слое атмосферы Л.: ЛГМИ, 1975.-98с.

51. Prater Е.Т. Aircraft measurements of ageostrophic winds//Jour. of Appl. Met.- 1996,- V35, № 11.-P. 2040-2056.

52. Петросянц M.A. Служба погоды и перспективы ее развития//Проблемы современной гидрометеорологии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1971, С. 52-81.

53. Русин И.Н., Тараканов Г.Г. Сверхкраткосрочные прогнозы погоды. СПб.: Изд. РГГМИ, 1996.- 308 с.

54. Борисенков Е.П. Физико-статистические методы анализа и предвычисления полей//Труды ААНИИ.- 1963.-Т. 263.- С. 236-243.

55. Бурцев А.И., Белов П.Н., Бушуева Л.С. Численный анализ метеорологической информации, имеющей различную точность, основанный на полиномиальной аппроксимации//Труды ГМЦ СССР, 1974.- Вып. 132,- С. 30-40.

56. Петров A.A. Об объективном анализе на основе аппроксимации полей полиномами. //Метеорология и гидрология.-1968.- № 6.- С. 29-32.

57. Деес Б.Р. Численный анализ метеорологических данных: лекции по численным методам краткосрочного прогноза погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.- С. 701-730.

58. Брукс К., Карузерс Н. Применение статистических методов в метеорологии Л.: Гидрометеоиздат, 1963.- 416 с.

59. Бронштейн Л.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов.-М., 1962.-608 с.

60. Данко П.Е., Панов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в уравнениях и задачах: Учебное пособие.- М.: Высшая школа, 1986.- 304 с.

61. Монин A.C., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика, 4.2.-М.: Наука, 1967.-720 с.

62. Clarke R.H and all. The Wangara Experiment: Boundary Layer Data//Division of Met. Phys. Tech. Paper. 1971, № 19.

63. Хандожко Л. А. Сопоставление результатов расчета градиентов давления по нескольким способам//Труды ЛГМИ.-1964.-Вып.22.-С. 179-184.

64. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Ч.2.-СПб.'.Гидрометеоиздат, 1965.-492 с.

65. Тараканов Г.Г. Тропическая метеорология Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-176с.

66. Романов Ю.А. Особенности атмосферной циркуляции в тропической зоне океанов.- СПб.: Гидрометеоиздат, 1994.-288 с.

67. Добрышман Е.М. Динамика экваториальной атмосферы.-Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-288 с.

68. Радикевич В.М. Связь поля давления и ветра вблизи экватора// Метеорологические прогнозы: Сб. научных трудов.-Л.:Изд. ЛПИ, 1987.-С. 112-123

69. Челпанова, О.М, Коробейникова, Т.В. Среднее многолетнее давление воздуха над океаном.-Л.: Гидрометеоиздат, 1974 .-112с

70. Нгуен Суан Зуй. Восстановление поля ветра по полю давления на разных широтах, включая экваториальную зону//Докл. 3-го межд. Симп. по тропической метеорологии.- Ялта, 1985.

71. Marine climatological summary area 20°-0°N, 50°W-10°E; 0°-50°S, 70°-20°E//Deutscher Wetterdienst.-1981 1990 1996.- №13.

72. Радикевич В.М, Балса Й.А. Параметризация поля давления вблизи экватора//Итоговая сессия Ученого Совета РГГМУ: Тезисы докладов.-1999.-С. 18.

73. Руководство по расчету параметров ветровых волн./Под ред. Б. X. Глуховского и Ю. М. Крылова. Л.Гидрометеоиздат, 1969 .198 с.

74. Давидан И. Н., Лопатухин Л. И. Методы расчета экстремальных волн в океанах и морях //Труды ГОИНа.- 1987.-Вып. 184.- С. 41-52.

75. Ефимов В.В., Терез А.Э. О модели взаимосвязи атмосферного пограничного слоя и ветровых волн в океане//Метеорология и гидрология.- 1993.- №5.-С.71-77.

76. Лавренов И.В. Математическое моделирование ветрового волнения в пространственно-неоднородном океане.-СПб.: Гидрометеоиздат, 1998.-500с.

77. Голубев В.А. и др. Метод прогноза обледенения рыбопромысловых судов в северных морях // Труды ААНИИ.- 1987.Т. 410.- С. 26-37.

78. Макова В.И. Расчет полей ветра по полям атмосферного давления над морем//Гидрометеорология. Серия 37.21. Метеорология: Обзорная информация.- Обнинск, 1989.- Вып. 4,- 55 с.

79. Лавров Н.А. Анализ экспериментальных данных о ветре на Балтийском море// Метеорология и гидрология.- 1974.-№10.- С. 102104.

80. Hasse L., Wagner V.On the relationship between geostrophic and surface wind at sea// Mon Weather Rev.- 1971.- №4, V99.

81. Britton G. P. Sea state forecasting. Washington: NOAA, 1981.- 227 p.

82. Park Y. H., Kim C. S. Wave prediction in the Japan on East China seas. Amsterdam, e.a, 1984.- P. 409-422.

83. Tokuhiro Wada. The estimation of geostrophical winds off Shikoku by making use of Buoy robot data//Bulletin of the Kobe marine observatory.- 1985,- № 204.-P. 13-22.

84. Дженюк С.Л. Некоторые результаты сопоставления методов расчета скорости ветра над морем по материалам наблюдений на Баренцевом и Норвежском морях//Труды ААНИИ,- 1994.- Т.433,-С. 167-176.

85. Lanfredi N.W., Framinnon М.В. Calculator waves application programs. // Computers and Geoscienees.- 1987.- V13.- P. 409-416.

86. Соркина А.И. Построение карт ветровых полей для морей и океанов//Труды ГОИНа,- 1958.- Вып. 44.- С. 3-74.

87. Берлянд М.Е. Теория изменения ветра с высотой//Труды НИЦ УГМС.- 1947.- Сер.1, Вып.25.

88. Соркина А.И., Грачева В.П. Определение характеристик термического и турбулентного режима атмосферы над морем //Труды ГОИНа.-1957,- Вып. 38 (50).

89. Абузяров З.К. О расчете полей ветра для волнения на морях и океанах//Труды ГМЦ СССР.- 1980,- Вып.229.-С. 77-86.

90. Теоретические основы и методы расчета ветрового волнения/Под ред. И.Н.Давидана.-Л.: Гидрометеоиздат, 1988.-263 с

91. Стрекалов С.С., Вольпян Г.В., Кривицкий C.B. Метод расчета характеристик ветра по данным синоптических карт//Вопросы совершенствования конструкций морских береговых сооружений.- М.: Транспорт, 1984,-С. 108-115.

92. Казанский А.Б., Монин A.C. О динамическом взаимодействии между атмосферой и поверхностью земли//Известия АН СССР Сер, геофиз,- 1961.- № 5.- С. 786-788.

93. Раабе Армии. Взаимодействие атмосферы, гидросферы, литосферы в прибрежной зоне моря//Результаты международного эксперимента «Камчия 77».- София, 1980.- С. 45-49.

94. Макова В.И. Методика расчета полей ветра по полям атмосферного давления//Труды ГОИН.- 1989.- Вып. 185.-С. 23-33

95. Cavalery L., Bergamin G. Wind evaluation in the open sea//Nuovo Cim.- 1980.- V3, № 3.- P. 301-302.

96. Зилитинкевич С.С., Лайхтман Д.Л., Монин A.C. Динамика погранслоя//Известия АН СССР. Сер. ФАО.- 1967.- № 3,- С. 297-333.

97. Зилитинкевич С.С., Монин A.C., Чаликов Л.В. Взаимодействие океана и атмосферы/Юкеанология. Сер. ФАО.- 1978,-Т.1, гл. V.- С. 208-339.

98. Лайхтман Д.Л. Динамика пограничных слоев атмосферы с учетом взаимодействия и нелинейных эффектов//Известия АН СССР. Сер. ФАО.- 1966.- Т. 2, № 10.- С. 1017-1026.

99. Зверев A.C. Синоптическая метеорология. Л., Гидрометеоиздат, 1977.- 712 с.

100. Руководство по расчету наивыгоднейших путей плавания судов на морях и океанах. Л., Гидрометеоиздат, 1976.- 128 с

101. Sandström Stefan. Simulation of the climatological wind field in the Baltic sea area using a mesoscale higher-order closure model/ Jour, of Applied Meteorology.- 1997.- V.36, № 11,- p. 1541-1552.

102. Тарнопольский А.Г. Математическая модель взаимодействия пограничных слоев океана и атмосферы//Труды ГОИНа.- 1983.- Вып. 170.- С. 3-16.

103. Тарнопольский А.Г. Расчет параметров взаимодействия океана и атмосферы применительно к океанологическому прогнозу//Труды ГОИНа.- 1989.- Вып.- 178,- С. 81-95.

104. Тарнопольский А.Г. Метод расчета приводного ветра//Труды ГОИНа,- 1991.- Вып.- 202.- С. 31-44.

105. Макова В.И., Показеев К.В. Расчет ветра и волн в тропических ураганах//Метеорология и гидрология.- 1990.- № 7.-С. 94-98.

106. Мастерских М.А., Сиротов K.M. О расчете скорости ветра в узких холодных атмосферных фронтах над водной поверхностью морей и океанов//Труды ГНИЦ РФ. Сер. речные и морские гидрологические прогнозы.- 1992.- Вып. 324,- С. 130-133.

107. Веселов Е.П., Гонсалес С., Арсиа А. К расчету скорости ветра в циклоне//Тропическая метеорология: Труды международного симпозиума, Нальчик, 1981 г, М.: Гидрометеоиздат, 1982.- С. 210-214.

108. Хандожко Л.А. Расчет скорости ветра в открытой части Балтийского моря//Труды ЛГМИ.-1963.-Вып. 14.-С.204-210.

109. Боков В.Н. и др. Синоптическая изменчивость ветра на Балтийском море//Сб. работ ЛГМЦ.-1991.-Вып.2(18).-С.10-16.

110. Боков В.Н., Шатов Б.Н. Пространственная временная изменчивость режима ветра над акваторией Балтийского моря//Гидрология и Метеорология.-1991.-К» 11.-С.109-113.

111. Голодко Л.А., Радикевич В.М. О расчете поля ветра над океанами//Метеорология и гидрология,- 1974.- № 10.- С. 97-102.149

112. Радикевич В.М., Мелихова Л.Г.Теория подобия для приземного слоя атмосферы//Труды РГГМИ,.-1992.-Вып. 114.-С.58-66.

113. Бобылева И.М. Расчет характеристик турбулентности в планетарном пограничном слое атмосферы//Труды Изд. ЛГМИ, 1970.-Вып.40.-С.З-64.

114. Радикевич В.М. Влияние стратификации пограничного слоя атмосферы и слоя трения моря на вертикальные профили течения ветра и характеристики турбулентности//Океанология.-1971.- Т. 11, №2.-С.-187-195.

115. Голодко Л.А.,Радикевич В.М. Расчет параметров стратификации в модели планетарного пограничного слоя над океаном//Метеорология и гидрология.-1978.-№9.-С.53-59.

116. Радикевич В.М. Параметризация профиля температуры в планетарном пограничном слое атмосферы //Метеорологические прогнозы :Труды РГГМИ .- 1995.-Вып. 118.-С.41-46.

117. Радикевич В.М., Балса Й.А. Связь поля давления и геопотенциала с ветром в свободной атмосфере//Современные проблемы гидрометеорологии:Труды РГГМУ.-1999.-Вып. 122.-С.58-66.$DECLARE SUBROUTINE RAS

118. USE MSFWIN ! интерфейс функций WINAPI

119. USE ALDRINCOM ! описание глобальных переменных приложения INCLUDE * RESOURCE.FD' REAL X,Yрасчет матрицы коэффициентов CALL GAUS

120. HJEDREZ = GetDlgltem (HDLGJRAS, IDCEDREZ)1. X=LAMBDAM Y=FIM1.(SIZE==10)THEN

121. PP=MATR{1) + MATR(2) *X + MATR(3)*X*X + &

122. MATR(4)*Y + MATR(5)*Y*Y + MATR(6)*X*Y+ & MATR (7)*X*X*X + MATR(8)*X*X*Y + MATR(9)*X*Y*Y+ & MATR(10)*Y*Y*Y1. ELSE

123. PP=MATR(1)+MATR(2)*X+MATR(3)*X*X+MATR(4)*X*X*X+ & MATR(5)*Y+MATR(б)*Y*Y+MATR(7)*Y*Y*Y END IF

124. WRITE (TXTERR(1:10),1(110)',IOSTAT=IERR)SIZE ¡WRITE (TXTERR(11:20),'(F10.1)',IOSTAT=IERR)PP ! RETLOG=MESSAGEBOX (NULL, TXTERR//CHAR (0) , ' RAS ' ,MBOK)расчет модели call SECONDARY END$DECLARE subroutine GAUS

125. USE MSFWIN ! интерфейс функций WINAPI

126. USE ALDRINCOM ! описание глобальных переменных приложения

127. FUNNN=102.72*bi*bi*bi+l.9556*bi*bi+5.8612*bi-4.8263 elseif (m==-20) then

128. FUNNN=57.367*bi*bi*bi-21.256*bi*bi+4.7935*bi-3.9616 elseif (m==10) then

129. FUNNN=121.6*bi*bi*bi-6.9638*bi*bi+5.6472*bi-4.5567 elseif (m==-10) then

130. FUNNN=46.596*bi*bi*bi-17.474*bi*bi+5.1496*bi-4.2281 elseif (m==0) then

131. FUNNN=22.556*bi*bi*bi-10.702*bi*bi+5.4504*bi-4.4284endif endfunction FUNQQ (m,bi) integer*4 m real*8 bi,11if (m==20) thenll=loglO(loglO(bi)*loglO(bi))

132. FUNQQ=-2.205*11*11*11+1.8349*11*11-5.5964*11-0.9476 elseif (m==-20) then FUNQQ=0.9988*log(bi)+1.3297elseif (m==10) then ll=loglO(loglO(bi)*loglO(bi))

133. FUNQQ=-2.1408*11*11*11+1.5125*11*11-5.1095*11-0.9522 elseif (m==-10) then FUNQQ=1.0106*log(bi)+1.2068 elseif (m==0) then

134. FUNQQ=1.0243*log(bi)+1.0552 endifend$DECLAREsubroutine secondary ()

135. USE MSFWIN ! интерфейс функций WINAPI

136. USE ALDRINCOM ! описание глобальных переменных приложения INCLUDE 'RESOURCE.FD" INTEGER*4 NUM, NT

137. TERFACE REAL FUNCTION FUNQQ (II,rl) REAL*8 rl INTEGER II END FUNCTION

138. REAL FUNCTION FUNNN (II,rl) REAL*8 rl INTEGER II END FUNCTION END INTERFACE

139. TZ850,TZ0-передаем из ALDRIN.com TextBuff=' *

140. FI-передаем из ALDRIN.com !РР-передаем из ALDRIN.com Y=FIM ¡широта в м

141. X=LAMBDAM ¡долгота в м AAl=matr (2)

142. A2=matr(3) Bl=matr(4) B2=matr(5) Cl=matr(6) C2=MATR(7) C3=matr(8) C4=matr(9) C5=MATR(10)

143. RO=PP/(RR*TZ850) LL=2*WZ*SIND(FI) IF (SIZE==10) then

144. GPX = (AM+2*A2*x+Cl*y+3*C2*x*x+2*C3*x*y+C4*y*y+C2*RSMAL*RSMAL) GPY = (Bl+2*B2*y+Cl*x+C3*x*x+2*C4*x*y+3*C5*y*y+C5*Rsmal*Rsmal) elseдля матрицы 7x7 меняются коэффициенты ! c2=bl,bl=b2,b2=cl, с5=с2 C2=matr(4) Bl=matr(5) B2=matr(б) C5=MATR(7)

145. GPX = (AA1+2 *A2 *x+3 * C2 *x*x+C2 * RSMAL* RSMAL) GPY (Bl+2*B2*y+3*C5*y*y+C5*Rsmal*Rsmal) endif

146. UG=-GPY/(RO*LL) VG=GPX/(RO*LL)alfnew=0

147. GG=SQRT(UG*UG+VG*VG) DT=TZ850-TZ0

148. AA=2*WZ*MM*GG*sind{FI)/GR VST=0.0256*GG XI=VSt/(XX*GG) Vnew=0.8*GG NUM=0 ¡Обнуляется счетчик циклов ver=.true.1. SIG=-163E-6*Vnew+7852E-61. Z 0=MM*VST *VST/GR

149. MM0=XX*XX*XX*GR*(DT+SIG*ZZ)/(2*TZ850*VST*WZ*LC>G ( ZZ/ZO)*sind(FI))* вывод на экран NT=1

150. NNZ=(MMO-IO)*(FUNNN(20,ZN)-FUNNN(10,ZN))/10+FUNNN(10,ZN) QQZ=(MMO-IO)*(FUNQQ(20,ZN)-FUNQQ(10,ZN))/10+FUNQQ(10,ZN)

151. NN1=(MMO-IO)*(FUNNN(20,csil)-FUNNN(10,csil))/10+FUNNN(10,csil) QQ1=(MMO-IO)*(FUNQQ(20,csil)-FUNQQ(10,csil))/10+FUNQQ(10,csil)

152. NN2=(MMO-IO)*(FUNNN(20,csi2)-FUNNN(10,csi2))/10+FUNNN(10,csi2) QQ2=(MMO-IO)*(FUNQQ(20,csi2)-FUNQQ(10,csi2))/10+FUNQQ(10,csi2) elseif (MM0>0.and.MMOclO) then

153. NNZ=(MMO-IO)*(FUNNN(10,ZN)-FUNNN(0,ZN))/10+FUNNN(10,ZN) QQZ={MMO-10)*(FUNQQ(10,ZN)-FUNQQ(0,ZN))/10+FUNQQ(10,ZN)

154. NN1=(MMO-10)*(FUNNN(10,CSI1)-FUNNN(0,CSI1))/10+FUNNN(10,CSI1) QQ1=(MMO-IO)*(FUNQQ(10,CSI1)-FUNQQ(0,CSI1))/10+FUNQQ(10,CSI1)

155. NN2=(MMO-IO)*(FUNNN(10,CSI2)-FUNNN(0,CSI2))/10+FUNNN(10,CSI2) QQ2= (MMO-10) * (FUNQQ (10, CSI 2) FUNQQ (0, CSI 2) ) /10+FUNQQ (10, CS 12) elseif (MM0>-10.and.MM0<0)then

156. NNZ=(MM0+10)*(~FUNNN(-10,ZN)+FUNNN(0,ZN))/10+FUNNN(-10,ZN) QQZ=(MMO+l0)*(-FUNJ2Q(-10,ZN)+FUNQQ(0,ZN))/10+FUNQQ(-10,ZN)

157. NN1=(MMO+IO)*(-FUNNN(-10, CSI1)+FUNNN(0,CSI1))/10+FUNNN(-10,CSI1) QQ1=(MMO+l0)*(~FUNQQ(-10,CSI1)+FUNQQ(0,CSI1))/10+FUNQQ(-10,CSI1)

158. NN2=(MMO+IO)*(-FUNNN(-10,CSI2)+FUNNN(0,CSI2))/10+FUNNN(-10,CSI2) QQ2=(MMO+IO)*(~FUNQQ(-10,CSI2)+FUNQQ(0,CSI2))/10+FUNQQ(-10,CSI2) elseif (MM0>-20.and.MM0<-10) then

159. NNZ=(MMO+l0)*(-FUNNN(-2 0,ZN)+FUNNN(-10,ZN))/10+FUNNN(-10,ZN) QQZ=(MMO+IO)*(-FUNQQ(-20,ZN)+FUNQQ(-10,ZN))/10+FUNQQ(-10,ZN)

160. NN1=(MMO+IO)*(-FUNNN(-20,CSI1)+FUNNN(-10,CSI1))/10+FUNNN(-10,CSI1) QQ1=(MMO+IO)*(-FUNQQ(-20,CSI1)+FUNQQ(-10,CSI1))/10+FUNQQ(-10,CSI1)

161. NN2=(MMO+IO)*{-FUNNN(-20, CSI2)+FUNNN(-10,CSI2))/10+FUNNN(-10,CSI2) QQ2=(MMO+IO)*(-FUNQQ(-20,CSI2)+FUNQQ(-10,CSI2))/10+FUNQQ(-10,CSI2) else ! эти операторы выполняются если МО принимает целое значение -20,10,0,10,20

162. NNZ=FUNNN(NINT(MMO),ZN) QQZ=FUNQQ(NINT(MMO),ZN)

163. NN1=FUNNN(NINT(MMO),CSI1) QQ1=FUNQQ(NINT(MMO),CSI1)

164. NN2=FUNNN(NINT(MMO),CSI2) QQ2=FUNQQ(NINT(MMO),CSI2)endifif (ver) then ver=.false.

165. XI=1/SQRT((QQ1+QQ2/28)*(QQ1+QQ2/28)+(NN1+NN2/28)*(NN1+NN2/28))else

166. Х1=1/SQRT((QQ1+QQ2/28)*(QQ1+QQ2/28) + (NN1+NN2/28)*(NN1+NN2/2 8)) W=GG*XI* (-NNZ+NN1+NN2/28) UU=GG*XI*(QQZ-QQ1-QQ2/28) Vold=Vnew

167. Vnew=SQRT (UU*UU+W*W) ALFold=ALFnew

168. AL Fnew=ATAND(-(NN1+NN2/28)/(QQ1+QQ2/28))1. VST=XX*XI*GG1. NUM=NUM+1

169. SIG=-163e-6*Vnew+7852e-6 Z0=MM*VST*VST/GR

170. MMO=XX*XX*XX*GR*(DT+SIG*ZZ)/(2*TZ850*VST*WZ*LC)G(ZZ/Z0)*sind(FI))вывод на экран1. TEXTMON{1:KSIM)=' '

171. TEXTMON(KSIM-1:KSIM-1)=CHAR(13)

172. TextBuff(NT:NT+KSIM-1)=TEXTMON NT=NT+KSIMretlog = SetDlgltemText(HDLGRAS,IDCEDREZ, & TextBuff//CHAR(0) )endif enddoif (UG>=0.AND.VG>0) then

173. BB=360+atand(ug/vg) elseif (UG>=0.and.VG<0) then

174. BB=180-atand(-ug/vg) elseif (UG<=0.and.VG<0) then BB=180+atand(ug/vg)

175. MODULE ALDRINCOM i----------------

Информация о работе

Балса Йепес Алдрин Сегундо
кандидата географических наук
Санкт-Петербург, 2000
ВАК 11.00.09

Диссертация

Расчет поля ветра над океаном - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы