В серии экспериментов по численному прогнозу погоды, было показано, что версия глобальной полулагранжевой модели атмос- феры ПЛАВ, включающая стратосферу, успешно воспроизводит динамику полярного стратосферного вихря на срок до 7 суток. При этом, половина прогнозов тестовой серии ка-
МЕЖДУНАРОДНАЯ МОЛОДЕЖНАЯ ШКОЛА И КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ ДЛЯ НАУК ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
CITES’ 2017
чественно воспроизводят динамику полярного стратосферного вихря вплоть до 10-ти суток после стар- та. Факты наступления минорных внезапных стратосферных потеплений прогнозируются моделью ПЛАВ с высокой точностью минимум за 7 суток. В целом, в ситуации сильных возмущений полярного стратосферного вихря прогноз модели ПЛАВ более точен, чем при слабых возмущениях. Следует так же отметить, что в данном эксперименте модель ПЛАВ склонна переоценивать возмущения полярного стратосферного вихря при заблаговременности прогноза более 10-ти суток, что может свидетельство- вать как о недостатках постановки численного эксперимента (в частности, используется постоянное поле ТПО), так и об особенностях модели ПЛАВ.
Работа выполнена при поддержке программы №8 фундаментальных исследований президиума РАН.
Литература:
1. Боровко И.В., Крупчатников В.Н. Влияние динамики стратосферного полярного вихря на циркуляцию в нижней тропосфере // Сибирский журнал вычислительной математики Т.12.
№ 2. стр.145-160. 2009.
2. Варгин П.Н., Медведева И.В. Исследование температурного и динамического режимов внетропической атмосферы Северного полушария зимой 2012 - 2013 г. // Известия РАН.
Физика атмосферы и океана Т.51, №1, стр. 12-29. 2015
3. Толстых М.А. Глобальная полулагранжева модель численного прогноза погоды. – М.;
Обнинск: ОАО ФОП, 2010. – 111 с.
4. Толстых М.А. Желен Ж.-Ф., Володин Е.М., Вильфанд Р.М., Киктев Д.Б., Красюк Т.В.,
Кострыкин С.В., Мизяк В.Г., Фадеев Р.Ю., Шашкин В.В., Шляева А.В., Эзау И.Н., Юрова А.Ю.
Разработка многомасштабной версии глобальной модели атмосферы ПЛАВ // Метеорология и Гидрология, 2015. №6. С. 25-35.
5. Шашкин В.В., Толстых М.А., Иванова А.Р., Скриптунова Е.Н. Версия модели атмосферы ПЛАВ в гибридной системе координат по вертикали // Метеорология и Гидрология, 2017 (в печати).
Рис 2. Направление (линии тока) и скорость (заливка) ветра на поверхности 10 гПа во время минорного внезапного стратосферного потепления 6 января 2015 года. Слева - про- гноз модели ПЛАВ на 5 суток, справа – реа- нализ ERA-Interim, снизу – зависимость среднего долготного ветра от широты (крас- ная линия – прогноз, синяя - реанализ).
Рис 3. Аналогично Рис. 2, но для 2 февраля 2016 года. Приведен прогноз модели ПЛАВ на 10 суток.
INTERNATIONAL YOUNG SCIENTISTS SCHOOL AND CONFERENCE ON COMPUTATIONAL INFORMATION TECHNOLOGIES FOR ENVIRONMENTAL SCIENCES
CITES’ 2017
6. Baldwin M., Thompson D. et al. Weather from the stratosphere? // Science V. 301. P.384–394. 2003.
7. Bauer P., Thorpe A., Brunet G. The Quite Revolution of Numerical Weather Prediction // Nature Re- view, 2015, DOI:10.1038/nature14956.
8. Charlton A., Polvani L., A New Look at Stratospheric Sudden Warmings Part I: Climatology and Modeling Benchmarks // Journal of Climate, 2007, Vol. 20, P. 449-469.
9. Charlton A., Polvani L., Perlwitz J.,Sassi F., Manzini E., Shibata K., Pawson S., Nielsen J.-E., Rind D. A New Look at Stratospheric Sudden Warmings. Part II: Evaluation of Numerical Model Simula- tions // Journal of Climate, 2007, Vol. 20, P. 470-488.
10. Holton J. R. Introduction to Dynamic Meteorology IV ed. : Elsevier, 2004.
11. Kolstad E., Breiteig T., Scaife A. The association between stratospheric weak polar vortex events and cold air outbreaks in the Northern Hemisphere // Q. J. R. Meteorol. Soc. v.136. P.886-893. 2010.
12. Perlwitz J., Harnik N. Downward Coupling between the Stratosphere and Troposphere: The Relative Roles of Wave and Zonal Mean Processes // J. Climate. v.17 p.4902-4909. 2004.
13. Simmons A. J., Burridge D.M. An energy and angular momentum conserving vertical finite-differ- ence scheme and hybrid vertical coordinate // Mon. Wea. Rev. 1981. Vol. 109. P. 758-766.
14. Sun L., Robinson W., Chen G. The Predictability of Stratospheric Warming Events: More from the Troposphere or the Stratosphere? // J. Atmos. Sci. V.69. p.768-783. 2012.
Modelling of Cloud Cells in the Atmosphere over the Black Sea during the Cold Air Invasion
Iarovaia D.A.,
Marine Hydrophysical Institute of the Russian Academy of Sciences, Sevastopol, Russia E-mail: darik777@mhi-ras.ru
W
e performed a case study of cold air invasion during winter in the Black Sea Region in January 2010.Using WRF numerical model we simulated intensive convection over the sea on January 25 and verified the modeling results using satellite data on cloudiness, cloud top temperature, and humidity.
It was shown that according to both the modeling results and the satellite data there was mixed convection over the sea, but convective cells dominated and played the main role in the mixing in the atmospheric boundary layer (ABL). It was shown that the model captured the increase of cloud top height over the sea. Using spectral analysis of vertical moisture flux fields we showed that the model correctly reproduced the horizontal size of cloud structures near the shore. It was found out from the modeling results and satellite pictures that horizontal size of convective cells over the sea increased downwind. Also, we studied main terms in the convective kinetic energy (CKE) equation. In particular, we considered CKE generation in the ABL due to pressure pulsations and buoyancy, as well as its decrease due to turbulent dissipation and convective advection.
Моделирование облачных ячеек при вторжении холодного воздуха в атмосферу над Черным морем
Яровая Д.А.
Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия E-mail: darik777@mhi-ras.ru
ВВЕДЕНИЕ
Вторжение холодных воздушных масс в атмосферу над Черным морем через северную грани- цу региона является одним из экстремальных погодных явлений в осенне-зимний период. Скорость ве- тра при этом достигает 15 – 20 м/с, температура приповерхностного воздуха опускается до –10 …–15
МЕЖДУНАРОДНАЯ МОЛОДЕЖНАЯ ШКОЛА И КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ ДЛЯ НАУК ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
CITES’ 2017
0С, что при температуре поверхности моря 5 – 7 0С приводит к большим величинам суммарного (явного и скрытого) потока тепла через поверхность моря, достигающим 700 – 800 Вт/м2 (Ефимов и др., 2014).
Такое значительное выхолаживание вызывает быстрое понижение температуры поверхности моря, а в осенний период часто приводит к формированию крупномасштабных холодных аномалий температу- ры, достигающих 4 – 5 0С, вследствие вовлечения холодной воды из термоклина (Ефимов и др., 2014).
Во всех случаях вторжение холодных воздушных масс в Черноморский регион сопровождается разви- тием конвективной облачности над морем, причем размеры облачных структур существенно увеличи- ваются по мере удаления от наветренного берега (рис. 1). При ближайшем рассмотрении спутниковых снимков обнаруживается, что поле облачности состоит в основном из нерегулярных конвективных ячеек, но можно также выделить вытянутые по направлению ветра короткие валики.
В данной работе исследуется характерный случай вторжения холодного воздуха над Черным мо- рем, имевший место в январе 2010 г. (рис. 1) При помощи атмосферной модели WRF-ARW была воспро- изведена интенсивная конвекция над морем 25 января 2010 г. и проведено сравнение результатов моде- лирования с доступными данными наблюдений. Для верификации использовались спутниковые данные об облачности (спектрорадиометр MODIS на спутнике Terra), температуре верхней границы облаков (радиометр AATSR на спутнике Envisat) и удельной влажности (радиометр AMSR-E на спутнике Aqua).
По результатам моделирования нами были численно изучены структура атмосферного пограничного слоя (АПС) во время холодного вторжения, а также уравнение баланса конвективной кинетической энергии (ККЭ) в АПС. Были рассмотрены три основных слагаемых уравнения ККЭ, а именно: работа силы плавучести, конвективный перенос и турбулентная диффузия.