Взаимодействие кучево-дождевых облаков с крупномасштабным воздушным потоком тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат физико-математических наук Зарипов, Радомир Булатович

• Зарипов, Радомир Булатович
• кандидат физико-математических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Зарипов, Радомир Булатович

Введение.

Глава 1. Физическая постановка задачи моделирования.

1.1 Основные физические гипотезы, система уравнений модели.

1.2 Параметризация микрофизических процессов.

Глава 2. Схема численного решения уравнений модели.

2.1 Общая схема решения.

2.2 Расчет вспомогательных полей скорости, потенциальной и водно-ледяной потенциальной температуры, общего удельного в л агосо держания.

2.3 Расчет поля давления. Реализация динамического согласования.

2.4 Расчет переноса осадков.

2.5 Конденсационное приспособление температуры и характеристик влажности.

2.6 Тестирование динамической части модели.

2.7 Тестирование схемы параметризации микрофизических процессов. Проверка сохранения массы при расчете переноса осадков.

Глава 3. Воздействие вертикального сдвига ветра на кучево-дождевые облака

3.1 Обзор современных исследований влияния вертикального сдвига крупномасштабного потока на эволюцию кучево-дождевых облаков.

3.2 Уравнения вихря скорости и спиральности, основанные на уравнениях движения модели.

3.3 Численные эксперименты по изучению воздействия крупномасштабных потоков различных типов на кучево-дождевые облака.

3.4 Выводы по результатам численных экспериментов.

Глава 4. Влияние кучево-дождевых облаков на вертикальное распределение тепла, влаги и количества движения.

4.1 Обзор работ, посвященных воздействию конвекции на крупномасштабные характеристики атмосферы.

4.2 Методика учета воздействия конвекции на крупномасштабные поля метеорологических величин.

4.3 Численные эксперименты по изучению воздействия различных процессов, протекающих в кучево-дождевых облаках, на вертикальное распределение тепла, влаги и количества движения.

4.4 Выводы по результатам численных экспериментов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Взаимодействие кучево-дождевых облаков с крупномасштабным воздушным потоком»

Свободная конвекция является одним из наиболее важных процессов, действующих в тропосфере. С конвективными формами реализации термодинамической неустойчивости атмосферы связана внутримассовая облачность и осадки, а также ряд опасных явлений погоды - интенсивные ливневые осадки, грозы, град, штормовое усиление ветра. Правильное предсказание формы конвективных образований и связанных с ними явлений погоды является одной из наиболее актуальных задач метеорологии.

Наличие термодинамической неустойчивости атмосферы необходимо для развития свободной внутримассовой конвекции. В то же время, помимо вертикального распределения температуры и влажности, на структуру и жизненные циклы развивающихся в условиях атмосферной неустойчивости конвективных систем оказывает существенное влияние крупномасштабный поток, под воздействием которого происходит формирование и развитие конвективных элементов. Влияние сдвига ветра на эволюцию конвективных облаков зависит как от вертикальной структуры крупномасштабного потока, так и от структуры самих конвективных образований.

Наблюдения показывают, что наличие сдвига ветра во многих случаях заметно уменьшает интенсивность конвекции. Однако к настоящему моменту опубликовано значительное количество работ, в которых показано, что наиболее мощные и долгоживущие кучево-дождевые облака, сопровождающиеся грозами, выпадением града, а в некоторых случаях и торнадо, образуются как раз при атмосферных ситуациях, характеризующихся значительным сдвигом ветра. Более того, имеются работы, в которых описываются случаи развития исключительно мощных суперячейковых кучево-дождевых облаков в крупномасштабном окружении, характеризующимся сильным сдвигом ветра с поворотом в нижней тропосфере и умеренной термодинамической неустойчивостью. Т.е. можно сказать, что анализ вертикальных профилей температуры и влажности, наблюдаемых или прогнозируемых, без учета профиля фонового потока недостаточен для оценки мощности развивающихся кучево-дождевых облаков и прогноза связанных с ними опасных явлений погоды. 4

Ввиду того, что развитие систем глубокой конвекции, к которым относятся мощные кучевые и кучево-дождевые облака, является сложным нелинейным процессом, который теоретически может быть рассмотрен, только будучи сильно упрощен, в качестве одного из основных инструментов исследования в данной области выступает численное моделирование с использованием негидростатических моделей атмосферы в трехмерных пространственных координатах. Использование именно трехмерных моделей, весьма требовательных к вычислительным ресурсам, обусловлено тем, что многие динамические аспекты взаимодействия крупномасштабного потока с системами конвективных течений связаны с трехмерной структурой конвективных штормов. Путем численного моделирования были объяснены многие наблюдаемые в природе особенности развития систем глубокой конвекции. Рядом исследователей получен вывод, качественно согласующийся с наблюдениями, о том, что сдвиг ветра способствует формированию многоячейковых и суперячейковых кучево-дождевых облаков, при этом для образования суперячейковых облаков, с которыми связаны наиболее опасные градобития и штормовое усиление ветра, а в некоторых случаях и торнадо, наиболее благоприятно крупномасштабное окружение, характеризующееся сильным сдвигом ветра с поворотом в нижней тропосфере. С использованием численного моделирования проведёна количественная оценка необходимого для образования конвективных систем различных форм сдвига ветра при различной неустойчивости атмосферы.

Однако до настоящего времени при численных исследованиях развития глубокой конвекции в потоке со сдвигом рассматривалась эволюция изолированного кучево-дождевого облака, не испытывающего воздействия соседних облаков. В то же время хорошо известно, что при наличии статической неустойчивости атмосферы, как правило, формируются поля внутримассовых конвективных облаков. Развитие же облака, находящегося в окружении других облаков, может существенно отличаться от развития изолированной конвективной системы. Постановку численных экспериментов, когда при большой неустойчивости атмосферы задается единственное начальное возмущение, развивающаяся из которого конвективная система может без каких-либо 5 препятствий реализовывать накопленную в атмосфере скрытую энергию над обширной территорией, можно назвать в определенной степени искусственной. В связи с этим возникает вопрос - насколько отличается эволюция кучево-дождевого облака, находящегося в окружении других облаков, от эволюции изолированного облака и до какой степени выводы о воздействии крупномасштабного потока, полученные при численном исследовании изолированной конвективной системы, применимы при описании воздействия сдвига ветра на ансамбль кучево-дождевых облаков. Данный вопрос имеет важное научное и прикладное значение, поскольку, как уже упоминалось, крупномасштабный поток может как уменьшать интенсивность конвективных процессов, так и наоборот, способствовать увеличению мощности и продолжительности жизни кучево-дождевых облаков, таким образом влияя на сопутствующие глубокой конвекции явления погоды.

Рассмотрение этого вопроса является одной из основных целей представляемого исследования. В настоящей работе численно исследуется воздействие крупномасштабных потоков различных типов на кучево-дождевое облако, находящееся в окружении других облаков. С использованием численного моделирования проводится анализ различных механизмов, влияющих на развитие систем глубокой конвекции.

Помимо того, что с развивающимися конвективными системами связаны многие важные для нас явления погоды, конвекция играет существенную роль в вертикальном перераспределении тепла, влаги и количества движения в тропосфере, таким образом оказывая влияние на крупномасштабные атмосферные процессы. Для прямого учета конвекции при численном моделировании требуется горизонтальное разрешение порядка первых километров, что для крупномасштабных моделей в настоящее время недостижимо. Поэтому при моделировании атмосферных процессов синоптического масштаба, конвективные явления учитываются с помощью специальных параметризационных моделей конвекции, как правило, одномерных. В последнее время все большее значение приобретает изучение интегрального воздействия конвективных процессов на крупномасштабные характеристики атмосферы с помощью численных моделей ансамблей конвективных облаков, способных напрямую воспроизводить 6 отдельные облака. Подобные модели применяются как при исследованиях погодо-и климатообразующих процессов, так и для уточнения параметризационных моделей конвекции. При численном изучении конвективных процессов основным объектом исследования служит тропическая атмосфера, в формировании свойств которой роль конвекции наиболее значительна.

С помощью численного моделирования полей конвективной облачности с пространственным разрешением, позволяющим воспроизводить отдельные конвективные облака, достаточно точно описывается как изменения в вертикальном распределении температуры и влажности при развитии конвекции, так и характер выпадения осадков. При этом ряд исследователей отмечают, что исключение из рассмотрения третьего пространственного измерения при моделировании конвективных процессов в тропической атмосфере не сильно сказывается на качестве численного восстановления интегрального эффекта конвекции. В то же время известно, что многие конвективные системы обладают трехмерной пространственной структурой, которая не может быть воспроизведена при двумерном моделировании. Крупномасштабный воздушный поток, воздействующий на структуру конвективных систем, может менять направление с высотой, что также не может быть воспроизведено при моделировании в двумерных пространственных координатах.

Поэтому вопрос о воздействии на свойства атмосферы кучево-дождевых облаков, представляется весьма актуальным вопросом, имеющим как научное, так и прикладное значение. В представляемой работе была поставлена задача численно изучить изменение профилей температуры, влажности и скорости ветра под воздействием глубокой конвекции в потоках с различными годографами скорости. Рассматривается роль в изменении крупномасштабных свойств атмосферы различных процессов, протекающих в кучево-дождевых облаках и их окружении при различных условиях. Результаты исследования могут представлять интерес при параметризационном описании глубокой конвекции.

С целью решения поставленных задач в ходе подготовки настоящей работы была разработана и реализована на языке программирования Фортран-90 численная модель глубокой влажной конвекции в трехмерных пространственных 7 координатах. Разработанная модель основана на неупругих уравнениях глубокой конвекции, в модели учитывается присутствие в атмосфере воды в 5 различных формах - в виде водяного пара, жидкой и кристаллической фазах облачности и осадков. Ледяные осадки подразделяются на три типа, характеризующиеся различной формой и плотностью. Для учета переходов воды между водяным паром, различными фазами облачности и осадков разработана схема параметризации микрофизических процессов, во многом сходная, но не повторяющая используемую в разработках лаборатории «Гидрометеорологических локальных прогнозов погоды и мезометеорологии» Гидрометцентра России, где работает автор представляемой работы.

Подготовленная модель глубокой влажной конвекции в трехмерных пространственных координатах, в которой учитывается наличие в атмосфере как жидкой, так и ледяных облаков и осадков, может быть использована и в других исследованиях, затрагивающих вопросы развития конвективных систем в атмосфере. Модель может быть использована при исследовании формы и мощности конвективных систем при различном крупномасштабном окружении, при численном моделировании активных воздействий на облака. В связи с этим разработку и тестирование численной модели глубокой конвекции можно считать самостоятельной задачей, имеющей как научное, так и прикладное значение.

Диссертационная работа содержит 189 страниц печатного текста, из которых 36 страниц заняты иллюстрациями, в работе приводятся 12 таблиц. Текст работы состоит из введения, четырех глав и заключения. С целью избежания повторений и более логически обоснованного изложения, обзор литературы по теме исследования не выделяется в отдельную главу, а включен в главы, посвященные различным аспектам численного исследования кучево-дождевой облачности. Первая глава содержит описание физической модели кучево-дождевого облака, при этом значительная часть главы отводится описанию разработанной параметризации микрофизических процессов. Вторая глава посвящена численной реализации модели и ее тестированию. В третьей главе описывается методика численных экспериментов и приводятся результаты исследования воздействия крупномасштабного потока со сдвигом на эволюцию кучево-дождевых облаков. В

Заключение диссертации по теме «Метеорология, климатология, агрометеорология», Зарипов, Радомир Булатович

4.4 Выводы по результатам численных экспериментов

По результатам рассмотренной в данной главе серии численных экспериментов можно сформулировать следующие выводы.

После прохождения цикла развития кучево-дождевых облаков (около 1.5 часа) атмосфера нагревалась во всем моделируемом слое, при этом максимальное нагревание имело место в верхней тропосфере (7.5-9 км). В отсутствие крупномасштабного потока при увеличении энергии неустойчивости атмосферы САРЕ от 1850 до 2650 Дж увеличение средней температуры в слое от поверхности земли до высоты 16 км в результате цикла развития/разрушения кучево-дождевых облаков возрастало от 0.14 до 0.23 К. Высота максимального нагревания атмосферы при этом увеличивалась от 8 км (0.28 К) до 9.25 км (0.49 К). Наличие сдвига ветра уменьшало нагревание атмосферы и понижало высоту максимального нагревания. Согласно результатам проведенных численных экспериментов при различных годографах крупномасштабного потока, но при равной по модулю завихренности в нижних 6 км, изменения осредненной по горизонтали температуры были очень похожими, несмотря на различие жизненных циклов конвективных систем. При САРЕ=2250 Дж наличие крупномасштабного потока с завихренностью, равной 3.14-10"3 сГ! (что соответствует линейному сдвигу ветра в нижних 6 км 12 м/с), уменьшало среднее нагревание атмосферы с 0.18 К до 0.14 К, максимальное нагревание атмосферы уменьшается от 0.37 К (на высоте 8.75 км) до 0.28 К (на высоте 7.5 км).

Основным механизмом изменения температуры служит конденсация водяного пара - образование облачности. Вторым по значимости является процесс испарения и сублимации частиц осадков. Конвективный и турбулентный переносы главным образом перераспределяют по вертикали тепло, выделяющееся в результате микрофизических процессов.

Результирующие изменения осредненного по горизонтали общего влагосодержания после завершения цикла развития/разрушения кучево-дождевых облаков оказывались намного меньшими по абсолютным значениям, чем отклонения от начального профиля осредненного по области моделирования влагосодержания в период развития конвекции. В проведенной серии численных

175 экспериментов после прохождения конвективного цикла содержание влаги в столбе воздуха уменьшалось незначительно по сравнению с количеством влаги, вынесенным из атмосферы с осадками, а в экспериментах со сдвигом ветра, наоборот, даже возрастало. Так, при САРЕ=2250 Дж в покоящейся атмосфере среднее количество выпавших осадков составляло 392 г/(м-м), уменьшение среднего содержания влаги в столбе атмосферы составляло 23 г/(м-м). При том же термодинамическом профиле в потоке с линейным сдвигом ветра 12 м/с в нижних 6 км выпало в среднем 378 г/(м-м) осадков, влагосодержание атмосферы увеличилось на 5 г/(м-м). Уменьшение влагосодержания имело место в слое 0-4 км, в вышележащей атмосфере удельное содержание влаги увеличивалось. Изменение осредненного по горизонтали профиля общего влагосодержания зависит как от модуля завихренности крупномасштабного потока, так и от формы крупномасштабного потока. В более быстром потоке после завершения конвективного цикла в атмосфере на высотах более 4 км оставалось большее количество влаги, вынесенное с нижележащих уровней в результате конвективного переноса на стадии развития кучево-дождевых облаков в результате конвективного переноса. Подобный эффект связан с тем, что при более быстром крупномасштабном потоке вынесенная вверх влага распределялась в верхней тропосфере по большему пространству, и на стадии разрушения кучево-дождевых облаков с осадками выносилась вниз меньшая ее часть.

Наибольшие отклонения средней скорости потока от начального профиля имели место в эксперименте, проведенном при линейном сдвиге ветра в нижних 6 км, равном 12 м/с, и составляли -0.2 м/с на высоте 7 км на стадии максимального развития кучево-дождевых облаков. После завершения конвективного цикла в этом эксперименте наибольшее изменение скорости крупномасштабного потока имело место на высоте 7.25 км и составляло -5.8 см/с. По результатам проведенной серии численных экспериментов был сделан вывод, что кучево-дождевые облака мало влияют на скорость крупномасштабного потока.

176

Заключение

В представляемой диссертационной работе рассматривались следующие вопросы: 1) воздействие сдвига ветра на динамику кучево-дождевых облаков, взаимодействующих друг с другом; 2) трансформация осредненных по горизонтали полей температуры, влажности и ветра под действием кучево-дождевой облачности и воздействие на данную трансформацию вертикального сдвига крупномасштабного потока. Дополнительная задача, поставленная в ходе выполнения представляемой работы - создание инструмента исследования, пригодного для численного рассмотрения поставленных проблем.

Инструментом для изучения кучево-дождевых облаков служила разработанная и программно реализованная трехмерная модель кучево-дождевой облачности, основанная на неупругих уравнениях глубокой конвекции и включающая в себя блок параметризации микрофизических процессов, связанных с перераспределением воды между водяным паром и различными фазами облачности и осадков. В разработанной схеме параметризации выделяется 12 процессов, происходящих при образовании, укрупнении и фазовых переходах частиц осадков. Динамическая часть модели проверена на хорошо изученной задаче Рэлея-Бенара, при проведении проверочных экспериментов неявная вычислительная схема корректно описывала динамику конвективных течений при числах Куранта, превышающих 1. Блок параметризации микрофизических процессов и модель в целом были протестирована путем проведения расчетов для конкретных случаев развития кучево-дождевых облаков, для которых имелась информация об основных параметрах облачности, полученная в ходе различных полевых исследований. Результаты проверки показали, что разработанная модель достаточно хорошо описывает эволюцию реально наблюдавшихся кучево-дождевых облаков и может быть использована для решения задач, поставленных в диссертационной работе. Помимо этого, подготовленная модель может служить инструментом исследования конвективных процессов при различных крупномасштабных условиях, при тестировании и совершенствовании методов параметризационного учета конвекции в крупномасштабных моделях атмосферы, при исследовании искусственных воздействий на конвективные облака.

177

С помощью разработанной и протестированной модели было рассмотрено воздействие сдвига ветра на развитие группы кучево-дождевых облаков, при этом особое внимание уделялось сравнению результатов, полученных в ходе численного моделирования, с результатами, полученными другими авторами для изолированного кучево-дождевого облака. Рассматривался баланс вихря скорости и спиральности. Были получены следующие выводы:

1. Форма годографа и скорость крупномасштабного потока существенно влияют на интенсивность конвективных процессов и время жизни конвективных систем, при этом воздействие сдвига ветра на группу кучево-дождевых облаков существенно отличается от эффекта сдвига ветра на изолированное облако. В диапазоне рассмотренных характеристик фонового потока время жизни кучево-дождевого облака увеличивается с ростом горизонтальной завихренности для всех типов потоков, при этом уменьшается максимальная интенсивность конвективных процессов. При одних и тех же крупномасштабных значениях завихренности наибольшим временем жизни обладают кучево-дождевые облака, находящиеся в более «быстром» плоскопараллельном потоке, что объясняется влиянием на эволюцию кучево-дождевых облаков скорости их перемещения. Так, в покоящейся атмосфере при энергии неустойчивости САРЕ=2250 Дж максимальная скорость восходящих движений составляла 47 м/с при времени жизни облака (см. главу 3) 11.5 минут, в плоскопараллельном потоке со сдвигом ветра 12 м/с в нижних 6 км эти характеристики составляли 27 м/с и 23 минуты. Вывод о уменьшении максимальной интенсивности конвективных процессов и продлевании времени жизни конвективных облаков под действием сдвига ветра качественно совпадает с полученным ранее в работах, посвященных численному исследованию изолированного кучево-дождевых облаков. В то же время в ряде работ по моделированию изолированного облака, в которых численные эксперименты проводились при похожих термодинамических профилях и профилях крупномасштабного потока, формировались долгоживущие многоячейковые и суперячейковые кучево-дождевые облака (с временем жизни несколько часов), что не наблюдалось в проведенной серии численных экспериментов. Основная причина подобного различия кроется в различной постановке экспериментов по

178 моделированию изолированного облака и ансамбля взаимодействующих между собой кучево-дождевых облаков, центры которых находятся на расстоянии 32 км друг от друга.

2. Крупномасштабные потоки со сдвигом создают дипольную структуру циркуляции в кучево-дождевом облаке. В плоскопараллельных потоках образуются два антисимметричных вихря. Если смотреть вниз по направлению воздушного потока, то циклонический вихрь располагается справа, а антициклонический вихрь слева. В крупномасштабных потоках, поворачивающих с высотой, поля вертикальной завихренности становятся асимметричными, при повороте фонового потока с высотой по часовой стрелке область положительной завихренности располагается ближе к центру области восходящих движений. В отличие от приводимых в литературе результатов экспериментов с изолированным облаком при сходных крупномасштабных условиях, преобладание циклонического вихря было практически не выражено. Не наблюдается расхождения вихрей в разные стороны и формирования отдельных конвективных систем, как это происходило с описанными в литературе экспериментами с изолированным облаком.

3. При развитии кучево-дождевых облаков в крупномасштабном потоке со сдвигом формируются системы течений, отличающиеся довольно высокими значениями модуля относительной спиральности. Однако на продолжительность жизни кучево-дождевого облака, помимо турбулентной вязкости, влияют и другие факторы, такие как наличие в окрестности облака теплого влажного воздуха и процессы осадкообразования. По этой причине на основании проведенных численных экспериментов нельзя сделать вывод об увеличении времени жизни кучево-дождевых облаков в связи со спиральностью связанных с ними систем конвективных течений. По результатам проведенных экспериментов спиральность крупномасштабных потоков не продлевает время жизни кучево-дождевых облаков, что наблюдалось в опубликованных в литературе результатах численных экспериментов с изолированным кучево-дождевым облаком.

С использованием разработанной модели кучево-дождевой облачности численно рассматривалось воздействие кучево-дождевых облаков на вертикальное распределение тепла, влаги и количества движения, было проведено

179 систематическое исследование влияния крупномасштабного потока на процессы конвективного обмена теплом, влагой и количеством движения. Были получены следующие выводы:

1. После прохождения цикла развития кучево-дождевых облаков (около 90 минут) атмосфера нагревалась во всем моделируемом слое, максимальное нагревание имело место в верхней тропосфере. В отсутствие крупномасштабного потока при увеличении энергии неустойчивости атмосферы САРЕ от 1850 до 2650 Дж увеличение средней температуры в слое от поверхности земли до высоты 16 км в результате цикла развития/разрушения кучево-дождевых облаков возрастало от 0.14 до 0.23 К. Высота максимального нагревания атмосферы при этом увеличивалась от 8 км (0.28 К) до 9.25 км (0.49 К).

2. При наличии сдвига ветра нагревание атмосферы после прохождения конвективного цикла было меньшим, чем при том же термодинамическом профиле и покоящейся атмосфере, высота, на которой наблюдалось максимальное нагревание атмосферы, уменьшалась. В экспериментах с одинаковым термодинамическим профилем при крупномасштабных потоках, характеризующихся одним и тем же значением крупномасштабной завихренности, изменения осредненной по горизонтали температуры были очень похожими, несмотря на различие жизненных циклов моделируёмых конвективных систем. При САРЕ=2250 Дж наличие крупномасштабного потока с завихренностью, равной 3.14- 1(Г3 с"! (что соответствует линейному росту скорости ветра в нижних 6 км на 18.8 м/с), уменьшало среднее нагревание атмосферы с 0.18 К до 0.14 К, максимальное нагревание атмосферы уменьшается от 0.37 К (на высоте 8.75 км) до 0.28 К (на высоте 7.5 км).

3. Основными процессами, определяющими изменение осредненной по горизонтали температуры, являются процессы конденсации водяного пара -образования облачности и процессы испарения частиц осадков. Роль конвективного и турбулентного переносов сводится главным образом к перераспределению по вертикали тепла, выделяющегося в ходе микрофизических процессов. Рассмотрение изменений по вертикали суммарного потока тепла, представляющего собой сумму вертикального потока тепла и вертикального потока

180 водяного пара, домноженного на удельную теплоту парообразования, дает достаточно точное представление об изменении осредненной по горизонтали температуры.

4. После прохождения цикла развития кучево-дождевых облаков влагосодержание столба воздуха убывало на величину, значительно меньшую, чем количество выпавших осадков, что было связано с поступлением в атмосферу влаги с поверхности. При наличии сдвига ветра в проведенной серии численных экспериментов после прохождения конвективного цикла количество влаги в атмосфере несколько возрастало. Так, при САРЕ=2250 Дж в покоящейся атмосфере среднее количество выпавших осадков составляло 392 г/(м-м), уменьшение среднего содержания влаги в столбе атмосферы составляло 23 г/(м-м). При том же термодинамическом профиле в потоке с линейным сдвигом ветра 3.14-Ю-3 с-1 в нижних 6 км выпало в среднем 378 г/(м-м) осадков, влагосодержание атмосферы увеличилось на 5 г/(м-м). На изменение осредненного по горизонтали общего влагосодержания влияет как годограф крупномасштабного потока, так и амплитуда сдвига ветра. В более быстром потоке при разрушении кучево-дождевых облаков в верхней тропосфере сохранялось большее количество влаги, вынесенной из нижней тропосферы при развитии кучево-дождевых облаков.

5. По результатам проведенных численных экспериментов оказалось, что кучево-дождевые облака мало влияют на скорость крупномасштабного потока. Так, в проведенной серии численных экспериментов максимальные изменения скорости крупномасштабного потока после прохождения цикла развития кучево-дождевых облаков, продолжавшегося около полутора часов, имели порядок 0.1 м/с при скоростях крупномасштабного потока порядка 10 м/с.

181

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Зарипов, Радомир Булатович, 2002 год

1. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. II т. // Москва, Физматгиз, 1960 г., 620 стр.

2. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. // Москва, Наука, 1980 г., 974 стр.

3. Вельтищев Н.Ф. Теория мезомасштабных конвективных систем в атмосфере, наблюдаемых с искусственных спутников Земли. // Диссертационная работа на соискание ученой степени д. ф-м. наук. Москва, Гидрометцентр РФ, 1979.

4. Дрофа О.В. Параметризация микрофизических процессов при мезомасштабном моделировании атмосферы. // Диссертационная работа на соискание ученой степени к. ф.-м. наук. Москва, Гидрометцентр России, 1998.

5. Довиак. Р., Д. Зрнич. Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения. // Ленинград, Гидрометеоиздат, 1988 г., 511 стр.

6. Мазин И.П., Шметер С.М. Облака, строение и физика образования. // Ленинград, Гидрометеоиздат, 1983 г., 278 стр.

7. Марчук Г.И., Агошков В.И. Введение в проекционно-сеточные методы. // Москва, Наука, 1981 г., 416 стр.

8. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии, физика атмосферы. // Ленинград, Гидрометеоиздат, 1984, 751 стр.

9. Мейсон Б. Дж. Физика облаков. // Ленинград, Гидрометеоиздат, 1961 г., 542 стр.

10. Облака и облачная атмосфера. Справочник под ред. Мазина И.А., Хргиана А.Х. // Ленинград, Гидрометиздат, 1989 г., 648 стр.

11. Павлов Н.Ф. Аэрология, радиометеорология и техника безопасности. // Ленинград, Гидрометеоиздат, 1980 г., 432 стр.

12. Самарский A.A. Введение в теорию разностных схем. // Москва, Наука, 1971 г., 552 стр.

13. Andre. J.C., and LeSieur M. Influence of helicity on the evolution of isotropic turbulence at high Reynolds number. // J. Fluid. Mech., 1977, V. 81, P. 1987-2007.

14. Anthes R.A. A cumulus parametrization scheme utilizing a one-dimensional cloud model. // Mon. Wea. Rev., 1977, V. 105, № 3, P. 270-286.

15. Arakawa A. and Schubert W.H. Interaction of a cumulus cloud ensemble with the large-scale environment. Part I. // J. Atmos. Sei., 1974, V. 51, № 3, P. 674-701.

16. Atlas D.R, R.Cc. Srivastava, and R.S. Sekhon. Doppler radar characteristics of precipitation at vertical incidence. // Rev. Geophys. Space Phys., 1973, V. 11, № 1,P. 1-35.

17. Beard K.V. and Pruppacher H.R. A wind tunnel investigation of the rate of small water drop falling at terminal velocity in air. // J. Atmos. Sci., 1971, V. 28, № 8, P. 1455-1464.

18. Betchov R. Semi-isotropic turbulence and helicaidal flows. // Phys. of Fluides, 1961, V. 4, №7, P. 925-936.

19. Betts A.K. A New convective adjustment scheme. Part I: Observational and theoretical basis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1986, V. 112, №473, P. 667-691.

20. Betts A.K. and M.J. Miller. A new convective adjustment scheme. Part II: Single column tests using Gate wave, BOMEXm ATEX and arctic air-mass data sets. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1986, V. 112, № 473, P. 693-709.

21. Betts A.K. Non-precipitating cumulus convection and its parametrization. // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1973, V. 99, № 419, P. 178-196.

22. Betts A.K. The scientific basis and objectives of the US convection subprogram for the GATE. //Bull. Amer. Met. Soc., 1974, V. 55, P. 303-314. Boussinesq J.K., 1903. Theorie analytique de la chaleur. // Paris, Gautheir-Vellars, V. 2, 172 P.

23. Brooks H.E. and Wilhelmson R.B. Hodograph curvature and updraft intensity in numerically modeled supercells // J. Atmos. Sci., 1993, V. 50, № 12, P. 18241833.

24. Browning K.A. Airflow and precipitation trajectories within severe storms that move to the right of the winds. // J. Atmos. Sci, 1964, V. 21, № 6, P. 634-639.

25. Byers H.R. and Braham R.R. The thunderstorm. // U.S. Government Printing Office, Washington, 1949, DC, 287 P.

26. Chandrasekhar S. Hydrodynamics and hydromagnetics stability. // Oxford, Clarendon Press, 1961, 652 P.

27. Charney J.G. and A. Eliasen. On the growth of the hurricane depression. // J. Atmos. Sci, 1964, V. 21, № 1, P. 68-75.

28. Chorin A.J. Numerical solution of the Novier-Stokes equation. // Math, of Computation, 1968, V. 22, № 104, P. 745-762.

29. Davies-Jones R.P. Streamwise vorticity: The origin of updraft rotation in supercell storms // J. Atmos. Sci., 1984, V. 41, № 20, P. 2991-3006.

30. Droegemeier K. K., Lazarus S.M. and Davies-Jones R. The influence of helicity on numerically simulated convective storms // Mon. Wea. Rev., 1993, V. 121, № 7, P. 2005-2029.

31. Dutton J.A., Fiehtl G.H., 1969. Approximate equations of motion for gases and liquids. // J. Atmos. Sci., V. 26, № 2, P. 241-254.

32. Grabowski. W.W., Moncrieff M.W., and J.T. Kiehl. Long-term behavior ofprecipitating tropical cloud systems: A numerical study. // Quarterly Journal of the

33. Royal Meteorological Society, 1996, V. 122, P. 1019-1042.

34. Grabowski. W.W., Xiaoqing W., and Moncrieff M.W. Cloud resolving modelingof tropical cloud systems during phase III of GATE. Part I. Two-dimensionalexperiments. // J. Atmos. Sci., 1996, V. 53, № 24, P. 3684-3709.

35. Grabowski, W. W., Xiaoqing W., Moncrieff M.W., William D. H., 1998: Cloud

36. Resolving Modeling of Cloud Systems during Phase III of GATE. Part II: Effectsof Resolution and the Third Spatial Dimension. // J. Atmos. Sci., 1998, V. 55, №21, P. 3264-3282.

37. Grabowski W.W. Coupling cloud processes with the large-scale dynamics using the cloud-resolving convection parametrization (CRCP). // J. Atmos. Sci., 2001, V. 58, №9, P. 978-997.

38. Gunn R., Kinzer G.D. The terminal velocity of fall for water droplets in stagnant air. // J. Meteorol., 1949, V. 6, P. 243-248.

39. Harten A. The artificial compression method for computation of shocks and contact discontinuités. III. Self-Adjusting Hybrid Schemes. // Math, of Comp., 1978, V. 38., № 142, P. 363-389.

40. Kingsmill D.E., Wakimoto R.M. Kinetic, dynamic; and thermodynamic analysis of a weekly sheared severe thunderstorm over Northern Alabama // Mon. Wea. Rev., 1991, V. 119, № 2, P. 262-297.

41. Klemp J.B., Wilhelmson R.B. and Ray P.S. Observed and numerically simulated structure of mature supercell thunderstorm. // J. Atmos. Sci., 1981, V. 38, № 8, P. 1558-1580.

42. Kuo H.L. On the formation and intensification of tropical cyclones through latent heat release by cumulus convection. // J. Atmos. Sci., 1965, V. 22, № 1, P. 40-63.

43. Maddox R.A. An evaluation of tornado proximity wind and stability data. // Mon. Wea. Rev., 1976, V. 104, № 2, P. 133-142.

44. Manabe S.J., Smagorinsky J. and R.F. Strickler. Simulated climatology of a general circulation model with a hydrological cycle. // Mon. Wea. Rev., 1965, V. 93, P. 769-798.

45. Marecal V., Hauser D., Roux F. The 12/13 January 1988 narrow cloud-frontal rainband observed during MFDP/FRONT 87. Part II: Microphysics. // J. Atmos. Sei., 1993, V. 50, № 7, P. 975-998.

46. Marshall J.S. and Palmer W.M. The distribution of raindrops with size.// J. Meteorol., 1948, V. 5, P 165-166.

47. Marwitz J.D. The structure and motion of severe hailstorms. Part I: Supercell storms. //J. Appl. Meteor., 1972, V. 11, № 1, P. 166-179.

48. McCaul E.W. Buoyancy and shear characteristics of hurricane-tornado environments. //Mon. Wea. Rev., 1991, V. 119, № 8, P. 1954-1978. McCaul E.W. The dynamics of simulated convective storms in hurricane environments. CIMMS Rep. № 88. 1989.

49. Moncrieff M.W. and Green J.S., The propagation and transfer properties of steady convective overturning in shear. // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1972, V. 98, P. 336-352.

50. Newton C.W. and Fankhauser. Movement and propagation of multicellularconvective storms. // Pure Appl. Geophys., V. 113, P. 748-764.

51. Newton C.W. and S. Katz. Movement of large convective rainstorms in relation towind aloft. // Bull. Amer. Meteor. Soc., 1958, V. 39, P. 129-136.

52. Oberbeck A., Uber die Warmeleitung der Flüssigkeiten bei Berucksivhtinung der

53. Strömungen infolge von Temperatur Differenzen. // Ann. Physik, Bd. 7 (N.F.), S.271.292.

54. Ogura Y., Phillips N.A. Scale analysis of deep and shallow convection in the atmosphere. // J. Atmos. Sei., 1962, V. 19, № 2, P. 175-188.

55. Peltier W.R., Clark T.L. The evolution and stability of finite amplitude mountain waves. Part II: Surface wave drag and severe downslope wind storms. // J. Atmos. Sci., 1979, V. 36, № 8, P. 1498-1529.

56. Pelz R.B., Yakhot V., Orszag S.A., Shtilman L., and Levich E. Velocity-vorticity patterns in turbulent flow // Physical Review Letters, 1985, V. 54, № 23, P. 25052508.

57. Proctor F.H and Bowles R.L. Three dimensional simulation of the Denver, 11 July, 1988 microburst-producing storm. // Meteorology and Atmospheric Physics, 1992, V. 49, № 1-4, P. 107-124.

58. Riehl H. and Malkus J.S. On the heat balance in the equatorial trough zone. // Geophysica, 1958, V. 6, P. 503-538.

59. Riehl H. and Malkus J.S. Some aspects of hurricane Daisy, 1958. // Tellus, 1961, V. 13, P. 181-213.

60. Schlesinger R.E. A three-dimensional model of an isolated thunderstorm. Part I: comparative experiments for variable ambient wind shear. // J. Atmos. Sci., 1978, V. 35, №4, P. 690-713.

61. Schlesinger R.E. A three-dimensional model of an isolated thunderstorm. Part II: Dynamics of updraft splitting and mesovortex couplet evolution // J. Atmos. Sci., 1980, V. 37, №2, P. 395-420.

62. Schlesinger R.E. Mature thunderstorm cloud-top structure and dynamics: A three-dimensional numarical simulation study. // J. Atmos. Sci., 1984, V. 41, № 9, P. 1571-1570.

63. Schlesinger R.E. Feedback of deep moist convection to its near environment as diagnosed from three-dimensional numerical model output: Results from an early experiment. // J. Atmos. Sci., 1990, V. 47, № 11, P. 1390-1412.

64. Schlesinger R.E. Heat, moisture, and momentum budgets of isolated deep midlatitude and tropical convective clouds as diagnosed from three dimensional model output. Part I: Control experiments. // J. Atmos. Sci., 1994, V. 51, № 24, P. 3649-3673.

65. Srivastava R.C., Coen J.L. New explicit equations for the accurate calculation of the growth and evaporation of hydrometeors by the diffusion of vapor. // J. Atmos. Sci., 1992, V. 49, № 17, P. 1643-1651.

66. Su H., Chen S.S. and Bretherton C. S. Three-dimensional week-long simulation of TOGA COARE convective systems using the MM5.'mezoscale model. // J. Atmos. Sci. 1999, V. 56, № 14, P. 2326-2344.

67. Sui C.H., K.M. Lau, W.-K. Tao, and Simpson J. The tropical water and energy cycles in a cumulus ensemble model. Part I: Equilibrium climate. // J. Atmos. Sci., 1994, V. 51. № 5, P 2326-2344.

68. Tao W.-K., J. Simpson, C.-H. Sui, C.-L. Shie, B. Zhou, K.M. Lau, M. Moncrieff. Equilibrium states simulated by cloud-resolving models. // J. Atmos. Sci., 1999, V 56, № 17, P. 3128-3139.

69. Tripoli G .J. and Cotton W.R. The use of ice-liquid water potential temperature as a thermodynamic variable in deep atmospheric models. // Mon. Wea. Rev., 1981, V. 109, №5, P. 1094-1102.

70. Weisman M.L. and Klemp J.B. The dependence of numerically simulated convective storm on vertical wind shear and buoyancy // Mon. Wea. Rev., 1982, V. 110, №6, P. 507-520.

71. Weisman M.L. and Klemp J.B. The structure and classification of numerically simulated convective storms in directionally varying wind shears // Mon. Wea. Rev., 1984, V. 112, № 12, P. 2479-2524.

72. Wilhelmson R.B., Klemp J.B. A Three-dimensional numerical simulation of splitting severe storms on 3 April 1964. // J. Atmos. Sci., 1981, V. 38, № 8, P. 1581-1600.

73. Wilhelmson R.B., Ogura Y., 1972. The pressure perturbation and the numerical modeling of a cloud. // J. Atmos. Sci., V. 29, № 7, P. 1295-1307.

74. Wu W.S., Lilly D.K. and Kerr R.M. Helicity and thermal convection with shear. // J. Atmos. Sci., 1992, V. 49, № 19, P. 1800-1809.

75. Wu X., W.W. Grabowski, and M.W. Moncrieff. Long-term behavior of cloud systems in TOGA COARE and their interactions with radiative and surface processes. Part I: Two-dimensional modeling study. // J. Atmos. Sci., 1998, V. 55, № 17, P. 2693-2714.

76. Xu K.-M. and Randal D.A. Explicit simulation of Cumulus Ensembles with the GATE phase III data: Comparison with observation. // J. Atmos. Sci., 1996., V. 53, №24, P. 3710-3736.

77. Xu K.-M. and Randal D.A. A sensitivity study of radiative-convective equilibrium in the tropics with a convective-resolving model. // J. Atmos. Sci., 1999, V. 56, № 14, P. 3385-3399.

78. Yanai M. Formation of tropical cyclones. // Rev. Geophys., 1964, V. 2, P. 367