Объединение моделей Объединение моделей верхней и нижней атмосферыверхней и нижней атмосферы

Белоушко К.Е.Белоушко К.Е.

Мурманский государственный Мурманский государственный технический университеттехнический университет

МурманскМурманск

20122012

Единая модель атмосферы как Единая модель атмосферы как инструмент исследованияинструмент исследования

• Глобальная электрическая цепьГлобальная электрическая цепь• Метеоконтроль ионосферыМетеоконтроль ионосферы• Атмосферные приливыАтмосферные приливы• Акустико-гравитационные волныАкустико-гравитационные волны• Стратосферная аномалияСтратосферная аномалия

• Процессы в верхней Процессы в верхней атмосфереатмосфере

• Глобальная электрическая цепьГлобальная электрическая цепь• Метеоконтроль ионосферыМетеоконтроль ионосферы• Атмосферные приливыАтмосферные приливы• Акустико-гравитационные волныАкустико-гравитационные волны• Стратосферная аномалияСтратосферная аномалия

Единая модель атмосферы как Единая модель атмосферы как инструмент исследованияинструмент исследования

• Глобальная электрическая цепьГлобальная электрическая цепь• Метеоконтроль ионосферыМетеоконтроль ионосферы• Атмосферные приливыАтмосферные приливы• Акустико-гравитационные волныАкустико-гравитационные волны• Стратосферная аномалияСтратосферная аномалия• Мезосферная динамикаМезосферная динамика

Существующие разработки:Существующие разработки:

• WACCM-X (NCAR, WACCM-X (NCAR, СШАСША))

• WAM (NCEP, WAM (NCEP, СШАСША))

• SWMF (CSEM, SWMF (CSEM, СШАСША))

• CMAM (CMAM (КанадаКанада))

• HAMMONIA (HAMMONIA (ГерманияГермания))

• Kyushu GCM (Kyushu GCM (ЯпонияЯпония))

Upper Atmosphere Upper Atmosphere Model (UAM)Model (UAM)

• Численно интегрируется система квази-Численно интегрируется система квази-гидродинамических уравнений, описывающих законы гидродинамических уравнений, описывающих законы сохранения частиц, импульса и энергии (уравнения сохранения частиц, импульса и энергии (уравнения непрерывности, движения и теплового баланса). непрерывности, движения и теплового баланса).

• В совокупности с ними в модели решается уравнение В совокупности с ними в модели решается уравнение для потенциала электрического поля для потенциала электрического поля магнитосферного и термосферного динамо-магнитосферного и термосферного динамо-происхождения. происхождения.

• В зависимости от характера описываемых процессов В зависимости от характера описываемых процессов используются геомагнитные сферическая и используются геомагнитные сферическая и дипольная системы координат.дипольная системы координат.

Модель общей циркуляции Модель общей циркуляции атмосферы ИВМ РАНатмосферы ИВМ РАН

• основана на решении системы полных основана на решении системы полных нелинейных уравнений гидротермодинамики нелинейных уравнений гидротермодинамики атмосферы в криволинейной сигма-системе атмосферы в криволинейной сигма-системе координаткоординат

• основана на решении системы полных основана на решении системы полных нелинейных уравнений гидротермодинамики нелинейных уравнений гидротермодинамики атмосферы в криволинейной сигма-системе атмосферы в криволинейной сигма-системе координаткоординат

Граничные условияГраничные условия

UAMUAMнижняя граница:нижняя граница:

- по модели по модели MSISMSIS

верхняя верхняя граница:граница:

1.1. диффузионное диффузионное равновесиеравновесие

2. независимость от 2. независимость от высоты скорости ветра высоты скорости ветра и температуры (нулевые и температуры (нулевые производные)производные)

ИВМИВМ

- по моделям почвы и - по моделям почвы и океанаокеана

1. нулевые производные1. нулевые производные

• итерационный обмен граничными условиями, на итерационный обмен граничными условиями, на перекрываемом интервале высот (60-80 км).перекрываемом интервале высот (60-80 км).

Алгоритм объединенияАлгоритм объединения

UAM

ИВМ

60 км

80 км

сетки

решения из модели 1 решения из модели 1 используются в качестве используются в качестве нижних граничных условий нижних граничных условий для модели 2, а для модели 2, а полученные после этого полученные после этого решения модели 2 решения модели 2 используются в качестве используются в качестве верхних граничных верхних граничных условий для модели 1условий для модели 1

Вспомогательные задачиВспомогательные задачи

• унификации объединяемых моделей на унификации объединяемых моделей на перекрывающемся интервале высот в части перекрывающемся интервале высот в части пространственных сеток, временных шагов пространственных сеток, временных шагов интегрирования и рассчитываемых в узлах сеток интегрирования и рассчитываемых в узлах сеток параметров. параметров.

Для этих целей разрабатывается программная Для этих целей разрабатывается программная процедура «переходник», в задачи которой входит процедура «переходник», в задачи которой входит интерполяция параметров моделей из вертикальной интерполяция параметров моделей из вертикальной сигма-координаты в метрическую и из сигма-координаты в метрическую и из географической в геомагнитную систему координат и географической в геомагнитную систему координат и соответственно обратно, вычисление таких соответственно обратно, вычисление таких параметров как давление и концентрации малых параметров как давление и концентрации малых газовых компонент.газовых компонент.

Нижние граничные условия

распределение температуры нейтрального газа на высоте 60 км (20.06.2000)

Модель INM Модель MSIS

Результаты модельных расчётов

распределение температуры нейтрального газа, 65 км

UAM c условиями по INM UAM c условиями по INM

Результаты модельных расчётов

распределение температуры нейтрального газа, 80 км

UAM c условиями по INM

UAM c условиями по MSIS

INM

MSIS

Благодарности:Благодарности:

А.А. Намгаладзе (Мурманск, МГТУ)А.А. Намгаладзе (Мурманск, МГТУ)Е.М. Володин (Москва, ИВМ РАН)Е.М. Володин (Москва, ИВМ РАН)

О.В. Мартыненко (Мурманск - Торонто)О.В. Мартыненко (Мурманск - Торонто)