Скачать презентацию Научно-образовательный семинар Математическое моделирование геофизических процессов прямые и Скачать презентацию Научно-образовательный семинар Математическое моделирование геофизических процессов прямые и

8fbd4d9f04ae840c41cf4165e846a35f.ppt

  • Количество слайдов: 19

Научно-образовательный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи» , НИВЦ МГУ, 23 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 • 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 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» • 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, …) 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 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 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 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 Моделирование термического режима Байкала одномерными моделями

Климатические аспекты • моделирование изменения уровня озер (палеоклиматические задачи, Burkhardt Rockel) • эмиссия водоемами 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% 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 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 • 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 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 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 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 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. ) Сопряжение мезомасштабной атмосферной модели с трехмерными гидрологическими моделями (Nagai et al. )