Составители:
Рубрика:
проявляться в виде крупного термодинамического механизма, похожего по своим
макрохарактеристикам на кучевое облако. Согласно расчетам на нижней границе неустойчивого слоя
(z=0) вертикальная (w) и горизонтальная (h) скорости воздуха обращаются в нуль, при z<0 w=u=0,
при z>0 w,u
≠
0. Таким образом, спокойное состояние в слое атмосферы под областью
неустойчивости не является препятствием для существования конвективных облаков.
Следовательно, питание облака может идти не только снизу, но и с боков. Температура нижней и
средней части облака выше, чем в окружающем воздухе. Максимальное превышение температуры
достигается на верхней границе неустойчивого слоя. В дальнейшем Л.Н.Гутман предложил
пространственную осесимметричную модель.
Исследование влияния сдвига ветра на процесс развития облака в рамках плоской, а затем
трехмерной модели выполнил Р.С.Пастушков[84]. Им было показано, что в зависимости от величины
сдвига ветра с высотой и степени неустойчивости атмосферы может наблюдаться либо усиление
развития облака, либо торможение. В целом кучевое облако можно рассматривать как некоторый
механизм, пропускающий через себя влажный воздух и конденсирующий при этом содержащуюся в
нем влагу.
5.5. Численные модели облаков
Рассмотренные в разделе 5.5 модели облаков являются упрощенными и лишь частично
воспроизводят их поведение в природе. В общем случае при описании облако- и осадкообразования
необходимо учитывать процессы трех видов: гидродинамические, термодинамические и
микрофизические. По отдельности большая их часть понята достаточно хорошо. Поэтому задача
сводится к тому, чтобы сформулировать систему дифференциальных уравнений, описывающих
совместно все указанные процессы, и разработать метод ее решения.
Очевидно, что полученные уравнения могут быть решены только численными методами, и в
этом — одна из трудностей теоретического моделирования процессов облако- и осадкообразования.
Потребовались значительные усилия и время, с одной стороны, для разработки численных методов
их решения, а с другой — для создания быстродействующих ЭВМ с достаточным объемом памяти,
необходимых для реализации модели.
Отметим, что постоянное увеличение ресурсов современных ЭВМ оказывает существенное
влияние на развитие и распространение метода численного моделирования в научных
исследованиях.
Классификация численных моделей. Сначала дадим определение понятие численной
модели облака (ЧМО). Под численной моделью облака будем понимать [94] следующее: 1)
совокупность уравнений, описывающих изменение во времени и пространстве параметров
атмосферы (температуры, давления, влажности, скорости ветра и т.д.) и облаков (микроструктуры и
т.п.); 2) совокупности начальных и граничных условий; 3) алгоритм решения системы уравнений; 4)
программу, обеспечивающую решение этой системы и вывод результатов.
Численные модели могут отличаться друг от друга любым из перечисленных четырех
компонентов. В соответствии с этим создаваемые модели можно делить на классы
(классифицировать). Классы можно выделять по типу решаемой задачи — моделирование
конвективных или слоистообразных облаков, внутримассовых или фронтальных и т.д. Можно делить
все модели, как уже упоминалось, по их размерности (нуль-мерные, одномерные, трехмерные) или,
например, по полноте описания динамических и микрофизических процессов.
Пример одного из возможных вариантов классификации моделей для конвективных облаков
приведен в табл. 5.2.
Следует подчеркнуть, что результаты расчетов (или численных экспериментов) в понятие
численной модели не включаются, поскольку под ней понимается математический «инструмент» для
исследования процессов облако- и осадкообразования. Далее сами исследования будем называть
численным экспериментом (ЧЭ). На основе численного эксперимента может быть построена модель
строения облаков, изучена динамика их строения, исследовано влияние различных факторов на
процессы образования облаков и осадков.
Из табл. 5.2 видно, что согласно указанным признакам X модель класса I НП(УВ) является
одномерной, нестационарной с параметризованным описанием микрофизических процессов, в ней
учтен упорядоченный вток воздуха в облако из окружающего пространства, а модель класса O
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 98
- 99
- 100
- 101
- 102
- …
- следующая ›
- последняя »
