Составители:
Рубрика:
первых моделей этого класса создавалась в ГГО им. Воейкова под руководством проф.
Н.С.Шишкина и описана им в книге «Облака, осадки и грозовое электричество» (1964).
Очевидно, что одномерные модели относительно грубо описывают динамику облака, так как
рассматриваются движения только по вертикали. Более полное описание динамики облака возможно
в рамках двухмерных и трехмерных моделей. Они позволяют учесть влияние сдвига ветра с высотой
на развитие облака и тот факт, что в реальных облаках восходящий поток смещен по горизонтали
относительно нисходящего потока из-за влияния сдвига ветра на траектории частиц осадков. В
результате реализации этих моделей можно получить более реалистичную картину полей водности и
дождя в облаке, более точно исследовать их взаимосвязь и оценить роль различных процессов в
формировании осадков. Мы не будем здесь приводить описание этих сложных моделей. С ними
можно познакомиться, например, в книге Когана Е.Л., Мазина И.П., Сергеева Б.Н., Хворостьянова
В.И. «Численное моделирование облаков» [94]. Укажем только, что для их реализации нужны весьма
мощные ЭВМ и что они, даже при наличии таких машин, на сегодня могут быть использованы лишь
для исследовательских целей.
В настоящее время разработано много численных моделей облаков и продолжается создание
новых. В связи с этим возникает вопрос об оценке их качества и определении критериев отбора
лучших из них. Весь предшествующий опыт по численному моделированию облачных процессов
говорит о том, что не существует лучшей модели на все случаи жизни, а выбор класса модели
зависит от конкретной задачи, которая стоит перед исследователем. Так, для решения оперативных
задач (прогноз развития облаков и осадков) лучше использовать более простые модели,
позволяющие быстро найти предикторы характеристик облаков и осадков (толщину слоя, фазовый
состав, интенсивность осадков и т.д.). При этом могут быть использованы менее мощные ЭВМ. В тех
случаях, когда выполняются исследования влияния некоторых факторов на процесс развития облака,
надежнее использовать более полные модели. Очевидно, что они сложнее и требуют для реализации
мощнейших ЭВМ.
Оценка качества модели после того, как выбран ее класс, может быть осуществлена путем
сравнения результатов расчетов характеристик облака с эксперименальными данными. Однако на
этом пути возникают трудности, обусловленные неадекватностью некоторых понятий, используемых
при численном моделировании и при обобщении экспериментальных данных. Например, граница
реального облака представляет собой слой около ста метров, в котором сравнительно быстро
меняются такие параметры, как влажность, водность, температура. В численной модели граница
облака определяется как некоторая поверхность, проходящая через углы сетки, в которых те или
иные параметры принимают определенное значение, например влажность равна 100% по отношению
к воде. Более того, экспериментальное определение границы основывается либо на визуальных
наблюдениях, либо на показаниях приборов. Поэтому положение границы облака зависит от
показаний конкретного прибора и может не совпадать с рассчитанным по модели. Следует также
иметь в виду, что строение облака, полученное в численном эксперименте, есть результат
определенного осреднения, тогда как эмпирические данные получены для конкретного облака и
могут отличаться от рассчитанных.
В заключение этого раздела остановимся коротко на общефизических аспектах численного
моделирования облаков. Сложность процессов облако- и осадкообразования, как и вообще
атмосферных процессов, такова, что математическая модель облака не может быть построена «из
первых принципов», т.е. в любой численной модели используются некоторые эмпирические
закономерности, и в этом смысле модель является полуэмпирической, а надежность и правильность
использования эмпирических данных и закономерностей определяют качество модели. Второй
принципиальной особенностью численной модели облака, связанной также со сложностью
описываемых процессов, является невозможность с одинаковой полнотой учесть все
разномасштабные процессы. Следствием этого являются разного рода упрощения и допущения,
принимаемые при составлении уравнений и краевых условий, построение параметризаций. И
наконец, речь идет о численной модели отдельного облака. В природе же мы имеем дело с
ансамблями конвективных облаков.
Моделирование поля конвективных облаков. В природе обычно наблюдается развитие не
отдельных облаков, а их ансамблей, имеющих разную горизонтальную и вертикальную
протяженности. Примерами таких ансамблей являются поля внутримассовых конвективных облаков,
гряды фронтальных конвективных облаков, поля конвективных облаков зон сходимости воздушных
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 103
- 104
- 105
- 106
- 107
- …
- следующая ›
- последняя »
