Оценка качества воспроизведения приземной температуры Санкт- Петербурга моделью WRF
Объём магистерской диссертации составляет 81 страницу, на которых размещены 27 рисунков и 19 таблиц.
Объектом исследования является г. Санкт-Петербург.
Предметом исследования является воспроизведение приземной температуры воздуха моделью WRF.
Целью данного исследования была оценка качества воспроизведения приземной температуры Санкт-Петербурга моделью WRF при различных конфигурациях модели и улучшение качества моделирования путём подбора оптимальной конфигурации.
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. В первой главе приводятся основные сведения о модели WRF. Во второй главе описывается процесс настройки модели и производится верификация результатов тестового моделирования. В третьей главе подбирается оптимальная комбинация схем параметризации процессов подсеточного масштаба с целью улучшения качества моделирования. В четвёртой главе осуществляется подбор оптимальной конфигурации вычислительных сеток с целью улучшения качества моделирования. В пятой главе производится подбор эмпирических коэффициентов в схеме параметризации планетарного пограничного слоя также с целью улучшения качества моделирования. В конце работы приведён список использованных источников, состоящий из 44 наименований, а также два приложения.
Основной результат работы: модель оптимизирована для г. Санкт-Петербург и подготовлена для метеорологических исследований в данном регионе.
Введение. 4
Глава 1. Модель WRF как мощный и доступный инструмент современного ученого климатолога. 6
1.1. Общие сведения о модели WRF-ARW 6
1.2. Исходные уравнения. 7
1.3. Начальные и граничные условия, сетка и географические данные. 10
1.4. Параметризации, используемые в WRF. 11
Глава 2. Настойка модели и проведение тестовых экспериментов. 13
2.1. Настройка модели. 13
2.2. Результаты тестового моделирования. 17
Глава 3. Подбор оптимальной комбинации схем параметризации процессов подсеточного масштаба. 21
3.1. Подбор оптимальной схемы параметризации микрофизических процессов. 21 3.2. Подбор оптимальной схемы параметризации конвекции. 26 3.3. Подбор оптимальной схемы параметризации длинноволновой радиации. 30 3.4. Подбор оптимальной схемы параметризации коротковолновой радиации. 36 3.5. Подбор оптимальной комбинации схем параметризации пограничного и
приземного слоя 39 3.6. Подбор оптимальной схемы параметризации почвенного слоя. 45 3.7. Подбор оптимальной схемы параметризации микрофизики города. 49 3.8. Выводы из главы. 54 Глава 4. Подбор оптимальной конфигурации вычислительных сеток. 58
2
Глава 5. Оценка чувствительности модели к изменению эмпирических коэффициентов в параметризации ППС по схеме BouLac. 63
5.1. Подбор эмпирического коэффициента для расчёта диссипации КЭТ. 64 5.2. Подбор эмпирического коэффициента для расчёта коэффициента турбулентного
обмена импульса. 68 5.3. Выводы из главы. 70 Заключение. 72 Список использованных источников. 73 Приложение А. 76 Приложение Б. 79
Современные прогнозы погоды и климата основаны на численном решении уравнений гидродинамики атмосферы. В основе такого прогноза лежат гидродинамические модели атмосферы.
В настоящее время существуют, по крайней мере, три масштаба моделей, описывающих формирование погоды и климата с различным пространственным масштабом:
1) глобальные, которые используют в самых больших центрах погоды для прогноза крупномасштабных процессов и формирования динамических краевых условий к региональным прогнозам;
2) региональные, которые имею шаг около 3-10 километров, и служат для детального описания развития синоптических процессов над регионами, которые обслуживаются большинством центров погоды;
3) мелкомасштабные, с шагом от 100 до 500 метров, предназначенные для детального изучения процессов, формирующих погоду приземного и пограничного слоя.
Все модели описывают одну и ту же физику, но с разной детализацией и параметризациями явно не представляемых в модели, но важных физических процессов. В настоящее время наиболее полезны для профессиональной деятельности гидрометеорологов региональные модели. Они позволяют рассматривать все важнейшие опасные явления, такие, например, как наводнения всех видов, опасные конвективные явления, опасные температурные волны. Кроме того, региональные модели используются для статистического моделирования формирования и изменений регионального климата. Сложность этих моделей такова, что их разработкой заняты только большие коллективы высококвалифицированных работников. Но те модели, которые имеются в свободном доступе, дают возможность после изучения применять их для самых разнообразных региональных исследований, в
частности, для восполнения недостающей климатологической информации.
Все гидродинамические модели атмосферы не лишены ошибок. Типов ошибок гидродинамического моделирования несколько. Это ошибки начальных данных, ошибки, связанные с постановкой граничных условий, ошибки в формулировке (упрощении) уравнений, ошибки, обусловленные выбором пространственного и временного разрешения модели, ошибки, связанные с выбором схем параметризации физических процессов подсеточного масштаба.
4
Все эти ошибки оказывают существенное влияние на качество моделирования. Это объясняет актуальность данного исследования, которое посвящено уменьшению влияния некоторых описанных выше ошибок на качество воспроизведения приземной температуры моделью WRF.
Целью данного исследования была оценка качества воспроизведения приземной температуры Санкт-Петербурга моделью WRF при различных конфигурациях модели и улучшение качества моделирования путём подбора оптимальной конфигурации.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Изучить мезомасштабную модель WRF.
2. Изучить интерпретационные языки программирования MATLAB и NCL для
визуализации результатов моделирования.
3. Провести численные эксперименты с моделью WRF.
4. Произвести оценку качества моделирования и подобрать оптимальную
конфигурацию модели для г. Санкт-Петербург.
Работа состоит из введения, пяти глав и заключения. В первой главе приводятся основные сведения о модели WRF. Во второй главе описывается процесс настройки модели и производится верификация результатов тестового моделирования. В третьей главе подбирается оптимальная комбинация схем параметризаций процессов подсеточного масштаба с целью улучшения качества моделирования. В четвёртой главе осуществляется подбор оптимальной конфигурации вычислительных сеток с целью увеличения качества моделирования. В пятой главе производится подбор эмпирических коэффициентов в схеме параметризации планетарного пограничного слоя также с целью улучшения качества моделирования. В конце работы приведён список использованных источников, состоящий из 44 наименований, а также два приложения.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!