Труды ГУ "Гидрометцентр России".
Выпуск 344. Физика атмосферы и прогноз погоды
УДК 551.511.33
К расчету потоков солнечного излучения в мезомасштабной модели прогноза погоды Гидрометцентра России / Прессман Д.Я. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 10-24.
В статье рассмотрен метод расчета проекции на вертикаль радиационных потоков видимого и близкого ИК-диапазонов спектра солнечного излучения как разновидности метода дискретных ординат. Переход к семейству одномерных задач, решенных В.А. Амбарцумяном, позволяет определить в каждой точке атмосферы интенсивность излучения вдоль набора заданных направлений, после чего приближенно вычислить интеграл по телесным углам, определяющий поток солнечного излучения. Проекция полученного таким образом вектора на вертикаль - искомая составляющая эффективного потока солнечного излучения. Выполнена оценка точности метода на основе сравнения результатов с полинейными расчетами методом Монте-Карло. Точность расчета сопоставима с точностью метода двухпотокового приближения.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.511.33
Метод расчета потоков солнечного излучения в системе земля - атмосфера / Шатунова М.В., Рублев А.Н., Дмитриева-Арраго Л.Р. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 25-42.
Разработан метод расчета потоков и притоков солнечного излучения в атмосфере и на подстилающей поверхности, основанный на решении трехмерного уравнения переноса излучения в двухпотоковом приближении. В алгоритме учтено влияние на перенос излучения газовых компонент атмосферы и релеевского рассеяния. Выполнены оценки точности расчета потоков и радиационных изменений температуры в безоблачной атмосфере и поглощенной радиации на подстилающей поверхности. В качестве эталона использованы результаты полинейных расчетов методом Монте-Карло для модели атмосферы "лето средних широт". Погрешности расчета потоков и притоков излучения лежат в пределах нескольких процентов. Максимальная погрешность в величине потоков излучения достигает 10 % на подстилающей поверхности. Разработанный алгоритм может быть применен в моделях прогноза погоды при наличии информации о микрофизических свойствах облаков.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.521.3
Зависимость потоков солнечного излучения в облачной атмосфере от микрофизических свойств облачности / Шатунова М.В., Дмитриева-Арраго Л.Р. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 43-58.
Разработан метод расчета потоков и притоков солнечного излучения в системе земля - атмосфера с учетом влияния микрофизических свойств облаков. Оптические свойства облаков определяются при помощи приближенных формул, полученных В.И. Хворостьяновым, в зависимости от водности облака и среднего радиуса распределения облачных частиц по размерам. Рассмотрен вопрос о методе определения параметра вытянутости индикатрисы рассеяния, используемом в гидродинамических моделях атмосферы. Исследована зависимость компонент радиационной энергетики системы земля - атмосфера от микрофизических свойств облачности. Показано, что изменении водности облака в пределах 0,05 г/м³ при значениях водности менее 0,1 г/м³ приводят к изменению баланса на подстилающей поверхности в пределах 60 Вт/м² и к изменению нагревания облачного слоя в пределах 4-5 К/сут. При увеличении водности сверх 0,1 г/м³ изменение баланса на поверхности резко уменьшается. Изменение радиационного баланса при вариациях среднего радиуса капель в пределах 3-9 мкм достигает 30-40 Вт/м².
Полный текст
К содержанию
УДК 551.511.33
Метод расчета компонент радиационной энергетики системы земля-атмосфера в ИК области спектра и роль микрофизических свойств облаков / Харин А.С., Лузан П.И., Шатунова М.В., Дмитриева-Арраго Л.Р. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 59-77.
В статье представлен метод расчета потоков ИК-излучения в атмосфере с учетом влияния микрофизических характеристик облаков. Для расчета потоков в безоблачной атмосфере использованы зависящие от температуры функции пропускания газовых компонент атмосферы. Для облачных условий коэффициент поглощения излучения облаком зависит от водности и среднего радиуса распределения частиц по размерам. Проведенные численные эксперименты показали, что основное влияние на потоки и эффективное излучение подстилающей поверхности в облачных условиях оказывает водность облаков. Наибольший эффект по сравнению с безоблачными условиями отмечается при малых значениях водности (0,03 г/м³). С увеличением водности до 0,1 г/м³ эффективное излучение подстилающей поверхности уменьшается в два раза, а по сравнению с безоблачными условиями - в пять раз, т.е. имеет место утепляющий эффект облаков. Влияние облаков на атмосферу заключается в выхолаживании атмосферы до 7-8 К/сут/
Полный текст
К содержанию
УДК 551.574.14
Роль эволюции микрофизических свойств облаков в формировании осадков из облаков слоистых форм / Чумаков М.М., Зиновьев И.В., Дмитриева-Арраго Л.Р. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 78-98.
Исследовано влияние параметров микрофизического алгоритма на прогноз осадков. В качестве параметров рассмотрены средний радиус капель облака, определяемый заданием функции распределения капель по размерам, коэффициент захвата капель в процессе коагуляции и критический радиус, разделяющий спектр капель на части: капли, выпадающие в виде осадков, и капли, остающиеся в облаке. В качестве функции распределения капель по размерам использовано двухпараметрическое гамма-распределение. Рассмотрен механизм эволюции размеров капель в облаках в процессе гравитационной коагуляции. Рост среднего радиуса капель зависит от водности, величины коэффициента захвата и параметров гамма-распределения. Микрофизический алгоритм, на котором основан расчет осадков, содержит метод определения критической водности облака, регулирующей начало выпадения и интенсивность осадков. Изменение критической водности определяется эволюцией вышеуказанных микрофизических параметров. В результате численных экспериментов показано, что осадкообразующими являются облака при среднем радиусе капель в интервале 5-8 мкм и значении параметра формы функции распределения, равном 2, а также при среднем радиусе в интервале 8-10 мкм и значении параметра формы, равном 12.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.576.1
Одномерная модель формирования кучевого облака / Василевский К.Д., Садоков В.П. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 99-113.
Построена одномерная модель кучевого облака с учетом процессов вовлечения и растекания в облаках. Модель содержит метод расчета силы плавучести, вертикальной скорости, влажности и водности в облаке, а также интенсивности осадков. Приведены примеры расчетов, выполненных по данным станций радиозондирования в Московском регионе.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.509.32:551.509.313
Совместная модель атмосферы и пограничного слоя для гидродинамического краткосрочного прогноза погоды в пунктах / Беркович Л.В., Ткачёва Ю.В. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 114-129.
Представлена разработанная трёхмерная модель атмосферного пограничного слоя (АПС), не имеющая аналогов в мировой метеорологической науке. Модель АПС является составной частью совместной модели атмосферы и пограничного слоя. В совместной модели используется горизонтальный шаг сетки 75 км и 30 уровней по вертикали. Трёхмерная модель позволяет рассчитывать с высокой точностью турбулентные потоки тепла, влаги и количества движения для эффективного их учёта в прогностических моделях с целью повышения точности оперативных гидродинамических прогнозов погоды. Учёт турбулентных процессов в пограничном слое атмосферы имеет определяющее значение в формировании теплового режима атмосферы, в образовании облачности и других физических процессах в атмосферных моделях, от глобальных до мезометеорологических.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.51:551.55:551.509.50
Влияние вариаций компонент теплового баланса на подстилающей поверхности на температуру поверхности по результатам численных экспериментов с моделью COSMO-RU Гидрометцентра России / Евтеев О.В., Шатунова М.В., Перов В.Л., Дмитриева-Арраго Л.Р. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 130-146.
Недостаток и неточность информации о параметрах, входящих в алгоритм расчета радиационных и турбулентных потоков тепла, приводит к ошибкам в прогнозе температуры атмосферы и подстилающей поверхности. Выполнены численные эксперименты с вариациями интегральной водности облаков и коэффициента турбулентного обмена на 25 % в алгоритмах расчета потоков солнечного излучения и явного тепла. Показано, что эти вариации приводят к изменению температуры подстилающей поверхности на 1-2°C. Увеличение поглощенной солнечной радиации на подстилающей поверхности на 30 Вт/м² изменяет температуру поверхности на 2-4°C в июле и около 1°C в декабре. Для экспериментов использована гидродинамическая модель прогноза погоды COSMO-RU Гидрометцентра России. Полученные результаты показывают, что водность и коэффициент турбулентного обмена требуют точных методов определения в гидродинамической модели прогноза погоды.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.524:551.577
Результаты тестирования новой схемы параметризации снежного покрова в условиях весеннего таяния снега в модели COSMO-RU/ Казакова Е.В., Розинкина И.А., Мачульская Е.Е. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 147-164.
Анализируются результаты тестирования двух различных схем параметризации снежного покрова, предназначенных для включения в мезомасштабную модель COSMO-RU: схемы Немецкой службы погоды и новой схемы, разработанной специалистами ИВМ РАН и Гидрометцентра России. Численные эксперименты были выполнены с использованием модели COSMO-RU14, реализованной в Гидрометцентре России в виде серий прогнозов до 72 ч по начальным данным для периода весеннего снеготаяния 2009 года. Для тестирования использованы данные метеорологических наблюдений сетевых метеостанций Росгидромета и данные снегомерной съемки на Европейской территории России. Проанализированы результаты расчета водного эквивалента и высоты снега, приземной температуры воздуха. На основе анализа результатов численных экспериментов был установлен ряд <уязвимых> мест применяемых методов параметризаций снежного покрова.
Полный текст
К содержанию
УДК 668.3.06
Предварительная оценка качества воспроизведения метеорологических параметров в Арктическом районе полярной версией модели WRF / Макштас А.П., Рубинштейн К.Г., Бычкова В.И., Игнатов Р.Ю., Шутилин С.В // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. C. 165-179.
Изложены результаты численных экспериментов, выполненных с помощью полярной версии мезомасштабной гидродинамической модели WRF, и их с использованием полученных на дрейфующих станциях "Северный Полюс-35" и "Северный Полюс-36" данных метеорологических и аэрологических наблюдений. Дрейф станций происходил в двух принципиально разных с точки зрения циркуляции атмосферы районах Арктики, что позволило оценить качество прогностических расчетов для района интенсивной циклонической деятельности в приатлантическом секторе Арктики и района преимущественно антициклонической циркуляции. Приземные характеристики - температура, относительная влажность и скорость ветра прогнозируются лучше при увеличении пространственного разрешения модели от 7 до 2 км. В случаях облачной атмосферы ошибки прогноза этих характеристик больше, чем безоблачной.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.509.51
Опыт применения модели WRF с учетом двух методов параметризации городского подслоя для прогноза температуры воздуха и скорости ветра / Набокова Е.В. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 180-195.
На основе численных экспериментов с мезомасштабной моделью WRF проведено сравнение результатов прогнозов при двух вариантах методов параметризации городского пограничного подслоя (однослойная и многослойная модель). Сравнение проводилось на примере прогнозов температуры воздуха и скорости ветра для г. Москвы. Показано, что при заданных по умолчанию значениях морфометрических параметров застройки, не полностью соответствующих реальным, оба варианта занижают температуру воздуха на уровне 2 м, что особенно ярко проявляется в центре города. При этом многослойная модель дает более близкие к данным наблюдений результаты. Расчеты с тем же методом параметризации дают заметно лучший прогноз скорости ветра, улучшая его по сравнению с однослойным вариантом на 1-2 м/с.
Полный текст
К содержанию
УДК 668.3.06
Влияние методов параметризации процессов в пограничном слое в модели WRF на прогноз ветра и результаты моделирования распространения примесей / Рубинштейн К.Г., Набокова Е.В., Игнатов Р.Ю., Смирнова М.М., Арутюнян Р.В., Семенов В.Н., Сороковикова О.С., Фокин А.В. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 196-213.
Изложены результаты использования мезомасштабной гидродинамической модели WRF версии 3.1 для испытания, настройки и развития модели переноса примесей в атмосфере из пакета "НОСТРОДАМУС". В работе использованы результаты натурных экспериментов с трассерами, которые проводились в течение 1983-1985 гг. вблизи г.Карлсруэ, Германия. Дана оценка прогностического ветра в сравнении с данными наблюдений, с целью выбора наилучших начальных и краевых условий для расчета концентраций примесей, а также оптимального набора методов параметризации физических процессов. Показано, что использование прогностической гидродинамической модели с определенным набором методов параметризации физических процессов позволяет получить удовлетворительное описание переноса примесей в атмосфере с помощью модели переноса примесей.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.510.534
Особенности распределения общего содержания озона на территории России по данным ИСЗ (2005-2009 гг.) и их использование для оценки опасности ультрафиолетовой облученности / Ананьев Л.Б., Кузнецова И.Н., Нахаев М.И. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 214-227.
Представлены результаты, полученные в рамках исследований, имеющих целью создание технологии прогноза общего содержания озона (ОСО) и ультрафиолетовой облученности на территории России. Сформулированы наиболее характерные сезонные особенности ОСО над территорией России по данным спутниковых измерений за 2005-2009 гг. Приведены результаты сравнения среднемесячных полей ОСО с аналогичными характеристиками, полученными по данным наземных измерений в 70-80-е годы прошлого столетия. Для широтного пояса 45-60°с.ш. рассчитаны диапазоны величин ОСО, указывающие на возможность высокой УФ-облученности подстилающей поверхности при ясной и сухой погоде. Представлены результаты анализа возможности появления сильного ультрафиолетового воздействия на человека в конкретных районах на территории России.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.510.41
Прогнозирование условий высокого содержания озона в приземном слое воздуха с использованием дискриминантного анализа / Шалыгина И.Ю. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 228-237.
Обсуждаются результаты предложенного нового метода идентификации метеорологических условий, сопутствующих высоким концентрациям озона в приземном воздухе. Метод основан на вычислении дискриминантных функций. Рассматриваются особенности атмосферных процессов в эпизодах с аномально высокими концентрациями приземного озона в г. Москве.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.515:551.509
Синхронизация вариаций атмосферной циркуляции колебаниями лунно-солнечных приливов и подбор аналогов для долгосрочных прогнозов погоды / Сидоренков Н.С., Сумерова К.А. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 238-251.
В статье приведено обоснование эмпирически установленного факта синхронизации естественных синоптических периодов в Первом естественном синоптическом районе с колебаниями лунно-солнечных приливов. Отмечается, что синхронизующие колебания лунно-солнечных приливов вынуждают атмосферную циркуляцию подстраиваться под их частоту. Приведено свидетельство значительного вклада лунных приливов в генерацию аномалий температуры. Сформулированы подходы к долгосрочному прогнозу аномалий температуры и осадков с помощью аналогов, определенных по лунно-солнечным приливам. Выполнен анализ прогностических возможностей близких (355 и 382 суток) и далеких (19 лет) аналогов для прогноза аномалий температуры и осадков. Исследованы сезонные закономерности осуществления аналогов.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.509.33
Продолжительность экстремально теплых, холодных зимних погодных условий и их отсутствие в сельскохозяйственных районах Европейской территории России / Садоков В.П., Козельцева В.Ф., Кузнецова Н.Н. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 252-264.
Проведен статистический анализ экстремально теплых и холодных зимних погодных условий по данным 17 станций в сельскохозяйственных районах России. Проведенный анализ архива параметра Wi, характеризующего погодные условия зимой за период 1949-2008 гг., выявил область характерных значений Wi≥1,5 для экстремально теплых зим и Wi≤-1,5 для экстремально холодных зим. Однако при этих критериях статистические параметры Wi оказались слишком разбросанными. Тем не менее, выводы, приведенные в статье на основании анализа случаев, в которых |Wi|≥1,5, оказались информативными и могут быть полезны в практической работе. Анализ абсолютных минимумов и максимумов погодных условий в зимнее время позволил отметить, что февраль относится к наиболее теплому зимнему месяцу.
Полный текст
К содержанию
УДК 551.509.324
Прогноз сильных шквалов и смерчей в летний период 2009 года на основе статистических моделей / Переходцева Э.В. // Труды Гидрометцентра России. 2010. Вып. 344. С. 265-279.
Изложены результаты применения разработанных ранее физико-статистического и гидродинамико-статистического методов прогноза сильных и опасных летних ветров, включая шквалы и смерчи, и нового варианта гидродинамико-статистического метода (с использованием выходных данных региональной модели Гидрометцентра России) к прогнозу сильных шквалов, смерчей и опасного ветра, наблюдавшихся в летний период 2009 года на Европейской территории России. Приведены примеры прогнозов шквалов, смерчей и опасного ветра (V≥25 м/с) по новому методу с заблаговременностью 36 и 48 ч. Получен вывод об устойчивости метода гидродинамико-статистического прогноза и о возможности прогнозирования по новому методу явлений опасного ветра, включая сильные шквалы и смерчи, с заблаговременностью 36 и 48 ч.
Полный текст
К содержанию
