
8fbd4d9f04ae840c41cf4165e846a35f.ppt
- Количество слайдов: 19
Научно-образовательный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи» , НИВЦ МГУ, 23 октября 2008 г. В. М. Степаненко (НИВЦ МГУ, Географический факультет МГУ) ПАРАМЕТРИЗАЦИИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ СУШИ В МОДЕЛЯХ ПРОГНОЗА ПОГОДЫ И КЛИМАТА
План доклада • Основные тенденции развития климатических моделей • Современное состояние параметризаций гидрологии • Шаг вперед: внедрение моделей водоема • Параметризация рек? Процессов на водосборах? • Пути развития гидрологических систем суши
Гидрология суши в моделях прогноза погоды и климата Гидрология растительности • перехват осадков листьями • стекание осадков с листьев • испарение осадков с листьев • транспирация • питание корней Гидрология почвы • диффузия • инфильтрация • поверхностный сток • подповерхностный сток Гидрология снега • диффузия жидкой влаги • метаморфизм • … Модель водоема
Нужны ли водоемы? улучшение разрешения климатических моделей/моделей прогноза погоды • спецификация «озерных регионов» •
Модели водоема 1) ТРЕХмерные (~океанические, например POM) 2) ДВУмерные • вертикально осредненнные (Шлычков, …) • Осреденнные в одном горизонтальном направлении (CE-QUAL x. x model) 3) ОДНОмерные • single-coloumn (GOTM модель (Burchard et al. ), Lake модель, Степаненко и Лыкосов, 2005); • горизонтально осредненные (Васильев и др. , 2007) 4) ½ - мерные модели – вертикальные профили температуры, солености и др. параметризованы (Flake, D. V. Mironov et al. , 2006) – вычислительно эффективны → применимы в оперативных моделях 5) 0 – мерные ( «перемешанные» модели)
Workshop "Parameterization of Lakes in Numerical Weather Prediction and Climate Modeling“, St-Petersburg, 18 -20 September, 2008
Модель Flake (Mironov, Golosov, Kirillin et al. ) Достоинства: • вычислительно эффективна • воспроизводит температуру поверхности с качеством одномерных k-ε моделей Недостатки • неудовлетворительно воспроизводит температуру дна • вертикальный профиль температуры воспроизводит хуже, чем k-ε модели • применима для озер с глубиной менее 50 -60 м
Одномерные k-ε модели Перенос тепла U Ea H, LE Перенос импульса Snow Ice Water K-ε параметризация Soil Es S
Моделирование термического режима Байкала одномерными моделями
Климатические аспекты • моделирование изменения уровня озер (палеоклиматические задачи, Burkhardt Rockel) • эмиссия водоемами метана
Эмиссия метана с термокарстовых озер (K. Walter et al. , 2007) • до 8% глобальной эмиссии метана
Моделирование пузырьковой конвекции в задаче аэрации водоема (Wuest et al. , 1992) • сохранение массы струи • уравнение движения струи • уравнение переноса тепла струи
Проблема базы данных по гидрологической системе суши • Площадь объектов – снимки спутников • Глубина водоемов – известна для небольшого количества исследованных водоемов • Прозрачность (коэффициент пропускания) – еще меньше данных
Зачем нужны модели реки в климатических моделях? • изменения в режиме рек является одним из важнейших последствий изменений климата • речной сток играет важную роль для термохалинной циркуляции океана • речной сток измеряется, что может служить валидацией водного баланса модели подстилающей поверхности • термический режим рек существенно отличается от такового озер
Современные схемы параметризации рек (Community land model 3. 0, Had. CM 3) Баланс речной воды в ячейке Сток из ячейки в соседнюю ячейку Сток с водосбора поверхностный подповерхностный сток • нет термики рек • нет стока примесей (например, метана) сток с ледников и озер
Проект Lake. MIP (Lake model intercomparison project) • определить области применимости разных типов моделей водоема • определить ключевые физические процессы, которые должны быть воспроизведены для отдельных приложений моделей водоема • одномерные модели (пока!): одномерные (k-ε, параметризованный вертикальный коэффициент обмена) и ½ -мерные (Flake) • Данные наблюдений • Сайт проекта
Данные наблюдений The lake name, country, mean depth, coordinates Toolik Lake, , 68° N 149° W Depth Limnological data, timestep 2. 4 m LST, lake depth, evaporation (? ), 3 hour Meteorological data, timestep Time period Website, contact person temperature (1 & ), 1988 - 2007 http: //ecosystems. mbl. edu/ relative humidity (1 & ) ARC/weather/tl/index. shtml, wind speed (1 & ), wind direction (), arc_im@mbl. edu net solar radiation, photosynthetically active solar radiation, barometric pressure, unfrozen precipitation, 1 hour, atmospheric radiation missing! Alqueva lake, 40 m Lake wind speed (without direction!), 2003 -2007 rsal@uevora. pt Portugal temperature at temperature, humidity, pressure, net Rui Salgado (Evora University, 5, 10, 15, 20, solar radiation, atmospheric radiation, Portugal) 25, 30, 35, and 1 hour 40 m, 1 hour Geneva lake, 309 m Temperature at 1981 - 2006 Stephane Goyette, Switzerland 0 -5 m, 5 -10 m, stephane. goyette@unige. ch 10 -15 m, 1550 m, 50 -100 m Sparkling Lake, 20 m temperature meteorological forcing, Source data: 1989 - Source data are available online: Wisconsin, USA max, soundings, fluxes (annually!), 1 hour in datasets 2007(8? ) http: //lter. limnology. wisc. edu/ 11 m 10 min, (source data: 10 min, 1 hour, 1 day) Datasets are Data owner’s contact: mean 1 hour, 1 day available for Steve Carpenter, years 2000, 2002, srcarpen@wisc. edu 2005 Datasets: Andrey Martynov, andrey. martynov@uqam. ca Trout Bog, 7. 9 m temperature meteorological forcing, Source data: 2003 - Source data are available online: Wisconsin, USA max, soundings, 1 hour in datasets 2007(8? ) http: //lter. limnology. wisc. edu/ 5. 6 m 10 min, 1 (source data: 10 min, 1 hour, 1 day) A dataset is Data owner’s contact: mean hour, 1 day available for the Steve Carpenter, year 2005 srcarpen@wisc. edu Datasets: Andrey Martynov, andrey. martynov@uqam. ca Great Lakes 409 m Bathymetry: Meteorological forcing: ERA 40 Source data ERA 40: http: //www. ecmwf. int USA-Canada max. GLERL; (resolution: 2. 5°) (ERA 40): Buoys : www. ndbc. noaa. gov (Lake Surface 6 hours 1957 -2002 Ice: Superio observations: I Forcing dataset: http: //www. glerl. noaa. gov/data/ic Terms of usage ? ? , freely available at the website ? ? - Contact to Rui Salgado ? ? - Contact to Stephane Goyette http: //lter. limnology. wisc. edu/data_policy. html See web sites of data sources.
Сопряжение мезомасштабной атмосферной модели с трехмерными гидрологическими моделями (Nagai et al. )
8fbd4d9f04ae840c41cf4165e846a35f.ppt