5.1. Модель ИВМ РАН Дымников, Лыкосов, Алексеев, Володин (1998)
Разрешение модели: top=10hPa, 40x50 (φ,λ), L20 (атмосфера), 20x2.50, L33 (океан)
Основные уравнения гидродинамики климатической системы
(1.1)
где:
Уравнения движения (первые два) записываются также в форме Громеки-Лэмба:
где:
(1.2)
В качестве краевых условий для системы уравнений предполагается периодичность решения по долготе, а также условия ограниченности решения на полюсах.
Подстилающая поверхность как твердое тело одновременно является σ-координатной поверхностью (σ=1) и
кинематическое условие: |
(1.3) |
|
Аналогичное условие ставится на верхней границе атмосферы (ρ=0): |
(1.4) |
|
При σ=1 задается также распределение геопотенциала: |
(1.5) |
|
|
|
|
где zs –превышение земной поверхности над уровнем моря.
Уравнения гидродинамики океана в сферической σ-системе координат в приближении Буссинеска, гидростатики и «твердой» крышки записываются:
(1.6)
где:
1) Модельная область охватывает весь Мировой океан от Антарктиды до 890N, включая «острова». 2). Рассчитывается сток больших рек, влияющих на распределение солености в акваториях.
3). Расчет эволюции морского льда для описания сезонной изменчивости в Арктике и Южном океане.
Подсеточные процессы
1). Горизонтальная диффузия (турбулентность).
2). Вертикальный турбулентный перенос.
3). Гравитационно-волновое сопротивление (неорографические и орографическое). 4). Конвекция, конденсация и осадки (глобальная и мелкая конвекция).
5). Радиационный перенос.
6). Взаимодействие атмосферы с деятельным слоем суши и криосферы.
7). Региональные аспекты (воздействие изменений глобального климата на региональные климатические характеристики: модели пограничного слоя и статистические поля на основе данных реанализа).
Вычислительные характеристики
Модель климата включает: модель атмосферы и модель океана, счет 24 ч. для 6 лет модельного времени (2х1.5х21)
В блоке атмосферы:
Разрешение по горизонтали (в град., долгота, широта): 5х4, 2х1.5, 1.25х1.0, по вертикали 21 уровень (до 30 км), 39 (до 90 км), шаг по времени 3-12 мин, радиация вычислялась раз в 3 часа, остальная параметризация – раз в час, вблизи полюсов (с 690С) применяется гармоники для аппроксимации.
В блоке океана: разрешение 1х0.5 град. (долгота, широта) и 40 уровней по вертикали, шаг по времени 2 часа, применен метод расщепления по физическим процессам и пространственным координатам, модель включает динамику и термодинамику морского льда.
Обмен информацией между моделями атмосферы и океана происходит каждые несколько часов модельного времени – шаг для модели океана. Шаг меняется от цели численного эксперимента. Внутри шага модели потоки тепла и радиации осредняются. Потоки служат атмосферным воздействием для модели океана. Учитывается сток воды с материков. Пересчет параметров атмосферного воздействия в узлы сетки осуществляется линейной интерполяцией. Океаническая сетка мельче и для пересчета ТПО в атмосферную сетку используется процедура весового осреднения.
Модель может включать блок химии: рассчитываются концентрации 76 малых газовых компонент, в том числе 28 долгоживущих, учитывается 150 химических реакций.
Модель может включать блок эволюции углерода растений, почвы, океана, атмосферы.
Модель может включать блок эволюции метана: поток из болот и окисление в атмосфере.
Воспроизведение современного климата 1. Моделирование общей циркуляции атмосферы при заданных пространственно-временных распределениях
температуры поверхности океана
Давление в декабре - феврале Модель
NCEP
National Centers for Environmental Prediction (reanalysis data)
Давление в июне - августе
Модель
NCEP
Температура воздуха у поверхности в декабре – феврале (1981-2000 гг. минус 1961-1980 гг.).
Модель
NCEP
Воспроизведение отклика атмосферной циркуляции на явление Эль-Ниньо.
1+ - ТПО превышала 0.5К, 1- -ТПО была меньше -0.5К
Оценка воздействия
Изменение приземной температуры в ноябре-марте вследствие эмиссии серосодержащих веществ в стратосфере (вулканы).
Изменение приземной температуры в апреле - октябре вследствие эмиссии серосодержащих веществ в стратосфере (вулканы).
2. Воспроизведение современного климата с помощью совместной модели (атмосфера + океан)
Январь
Июль
Температура поверхности океана (0С) в новой версии КМ ИФА РАН.
