Численное моделирование взаимодействия атмосферы с водоемами суши
Диссертация
При построении численной схемы модели водоема большую помощь автору оказали консультации с Н. Г. Яковлевым и Е. Е. Мачульской. Комментарии П. М. Миранды по мезомасштабной модели Nh3d облегчили использование модели и модификацию исходного программного кода. Обмен мнениями с Д. В. Мироновым позволил автору уточнить область применимости результатов работы и обратить внимание на некоторые ранее… Читать ещё >
Список литературы
- В. Н. Адаменко. Климат и озера. JL: Гидрометеоиздат, 1985.
- Н. И. Алексеевский. Гидрофизика. М.: «Академия», 2006. -176 с.
- Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков. Численные методы. М.: Бином, 2006 г.-636 с.
- А. Бурман. Местные ветры. Л.: Гидрометеоиздат. — 341 с.
- Н. Ф. Вельтищев. Мезометеорология и краткосрочное прогнозирование. Сб. лекций, Женева, 1988. — 136 с.
- А. Ф. Воеводин, Т. Б. Гранкина. Численное моделирование роста ледяного покрова в водоеме. Сибирский журнал индустриальной математики, 2006, т. IX, № 1(25), с. 47−54.
- Е. Е. Володина, JI. Бенгтссон, В. Н. Лыкосов. Параметризация процессов тепловлагопереноса в снежном покрове для моделирования сезонных вариаций гидрологического цикла суши. Метеорология и гидрология, 2000, № 5, с. 5−14.
- Т. Б. Гранкина. Математическое моделирование процесса формирования ледового покрова водоемов различной минерализации. Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н., Барнаул, 2006.
- М. Г. Гречушникова. Изменчивость термического состояния Можайского водохранилища в вегетационный период. Диссертация на соискание ученой степени к. г. н., Москва, 2001. -193 с.
- Jl. Н. Гутман. Введение в нелинейную теорию мезометеорологических процессов. -JL: Гидрометеоиздат, 1969. 285 с.
- И. Н. Давидан, JI. И. Лопатухин, В. А. Рожков. Ветровое волнение в мировом океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — 256 с.
- Дж. В. Дирдорфф. Моделирование подсеточной турбулентности. Динамика погоды, Гидрометеоиздат, 1988, с. 327−334.
- С. С. Зилитинкевич. Динамика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. — 292 с.
- Е. В. Квон, Г. С. Ривин. Трехмерная модель распространения тумана в воздушном бассейне над водохранилищем. Вычислительные технологии, 2001, том 6. № 1, с. 29 — 42.
- А. В. Кислов. Климат в прошлом, настоящем и будущем. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. — 351 с.
- А. В. Кислов, П. А. Торопов. Моделирование стока р. Волги в атлантический оптимум голоцена в рамках моделей общей циркуляции атмосферы. Вестник МГУ, Серия 5, География, № 1,2006, с. 18−28.
- Климат Карелии: изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы. Под редакцией Н. Н. Филатова. Петрозаводск, Карельский научный центр РАН, 2004. -224 с.
- К. Я. Кондратьев. Актинометрия. JL: Гидрометеоиздат, 1965. — 691 с.
- С. А. Кондратьев, И. В. Бовыкин. Влияние возможных климатических изменений на гидрологический режим системы водосбор озеро. Метеорология и гидрология, № 10,2003.
- В. И. Лебедев. Функциональный анализ и вычислительная математика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000.
- В. Н. Лыкосов. О проблеме замыкания моделей турбулентного пограничного слоя с помощью уравнений для кинетической энергии турбулентности и скорости её диссипации. Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1992, т. 28, с. 696 704.
- Г. И. Марчук. Методы вычислительной математики. М.: «Наука», 1977. — 456 с.
- Л. Т. Матвеев. Физика атмосферы. С.-П.: Гидрометеоиздат, 2000. 778 с.
- А. С. Монин, А. М. Обухов. Основные закономерности турбулентного перемешивания в приземном слое атмосферы. Труды Геофизического института АН СССР, 1954, № 24(151), с. 163−187.
- А. С. Монин, А. М. Яглом. Статистическая гидромеханика (механика турбулентности). Ч. 1. М.: «Наука», 1965. — 639 с.
- А. В. Павлов, М. И. Тишин. Тепловой баланс крупного озера и прилегающей территории в Центральной Якутии. В кн.: Строение и тепловой режим мерзлых пород- Новосибирск, «Наука», 1981.
- Н. И. Палыпин, Т. В. Ефремова. Стохастическая модель годового хода температуры поверхности воды в озерах. Метеорология и гидрология, 2005, № 3.
- Г. Н. Панин, А. Е. Насонов, Т. Фокен. Испарение и теплообмен водоема с атмосферой при наличии мелководий. Известия РАН, Физика атмосферы и океана, Т. 42,2006, № 3, с. 367−383.
- В. В. Пуклаков. Гидрологическая модель водохранилища. Руководство для пользователей. М.: «Геос», 1999. — 96 с.
- А. С. Саркисян. Синтез данных наблюдений и результатов моделирования как перспективное направление исследования океанов, морей и озер. Известия АН, Физика атмосферы и океана, 2000, том 36, № 2, с. 202−210.
- В. М. Степаненко. Численная модель процессов тепловлагообмена в системе водоем почва и ее валидация. — Вычислительные технологии, Т.9,4.1,2004.
- В. М. Степаненко, В. Н. Лыкосов. Численное моделирование процессов тепловлагопереноса в системе водоем грунт. — Метеорология и гидрология, 2005, № 3, с. 95−104.
- В. М. Степаненко. Численное моделирование термического режима мелких водоемов. Вычислительные технологии, т. 10, ч. 1,2005, с. 100 — 106.
- В. М. Степаненко, П. М. Миранда, В. Н. Лыкосов. Численное моделирование мезомасштабного взаимодействия атмосферы и гидрологически неоднородной суши. Вычислительные технологии, т. 11, ч. 3,2006, с. 118−127.
- М. А. Струнин. Турбулентность и турбулентный обмен в пограничном слое атмосферы над неоднородной поверхностью. Диссертация на соискание ученой степени д. ф.-м. н., Москва, 2006. — 359 с.
- М. А. Струнин, Т. Хияма. Самолетные исследования атмосферного пограничного слоя над долиной реки Лены. Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2005, т. 41, № 2, с. 178−200.
- М. И. Тишин. Температурный режим горных пород под крупным термокарстовым озером в Центральной Якутии. В кн.: Региональные и криолитологические исследования в Сибири. Якутск, 1979.
- П. А. Торопов. Температурный и влажностный режим Восточно-европейской равнины в контрастные климатические эпохи. Диссертация на соискание звания к. г. н., Москва, 2006.
- А. В. Фролов, А. И. Важник, П. И. Свиренко, В. И. Цветков. Глобальная система усвоения данных наблюдений о состоянии атмосферы. С.-П.: Гидрометеоиздат, 2000.-188 с.
- А. В. Фролов. Динамико-стохастическое моделирование многолетних гидрологических процессов. Диссертация на соискание степени доктора технических наук, 2006. 250 с.
- А. X. Хргиан. Бризы Ладожского озера. Доклады ГОИН, № 102,1947.
- С. П. Хромов, М. А. Петросянц. Метеорология и климатология. М.: Изд-во МГУ, 2004. — 584 стр.
- А. И. Чеботарев. Общая гидрология (воды суши), 2-е изд. Л.: 1975.
- К. К. Эделынтейн. Структурная гидрология суши. М.: «Геос», 2005. — 316 с.
- Экология Ханты-мансийского автономного округа// Под ред. В. В. Плотникова. -Тюмень: СофтДизайн, 1997 288 с.
- R. Avissar, and R.A. Pielke. A parameterization of heterogeneous land-surface for atmospheric numerical models and its impact on regional meteorology. Mon. Wea. Rev., Vol. 117,1989, pp. 2113−2136.
- G. T. Bates, F. Giorgi, and S. W. Hostetler. Toward the simulation of the effects of the Great lakes on regional climate. Mon. Wea. Rev., Vol. 121,1993, pp. 1373−1387.
- А. С. M. Beljaars, and A. A. M. Holtslag. Flux parameterization over land surfaces for atmospheric models. J. Appl. Meteor., Vol. 30, 1991, pp. 327−341.
- F. Beyrich. LITFASS-98 Experiment, 25.5.1998 30.6.1998, Experimental Report. Deutscher Wetterdienst, Forschung und Entwicklung, Arbeitsergebnisse, 62,2000.
- G. B. Bonan. Sensitivity of a GCM simulation to inclusion of inland water surfaces. J. Climate, Vol. 8,1995, pp. 2691−2704.
- W. Brutsaert. On a derivable formula for long-wave radiation from the clear skies. Wat. Resour. Res., Vol. 11(2), 1975, pp. 742−744.
- J. A. Businger, J. C. Wyngaard, Y. Izumi and E. F. Bradley. Flux-profile relationships in the atmospheric surface layer. J. Atmos. Sci., Vol. 28,1971, pp. 181−189.
- D. J. Carson, and P. J. R. Richards. Modeling surface turbulent fluxes in stable conditions. Bound. Lay. Meteor., Vol. 14,1978, pp. 68−81.
- F. Chen, and R. Avissar. The impact of land surface wetness heterogeneity on mesoscale heat fluxes. J. Appl. Meteor., Vol. 33,1994, pp. 1323−1340.
- R. B. Clapp, and M. G. Hornberger. Empirical equations for some soil hydraulic properties. Wat. Resour. Res., 1978, Vol. 14(4), pp. 601 604.
- J. G. Cogley. GGHYDRO Global hydrographic data release 2.0. Trent Climate Note 91−1, Dept. Geography, Trent University, Peterborough, Ontario, 10 pp.
- J. W. Deardorff. Efficient prediction of ground surface temperature and moisture with inclusion of a layer of vegetation. J. Geophys. Res., Vol. 20,1978, pp. 1889−1903.
- M. L. Deas, and С. L. Lowney. Water temperature modeling review. //California Water Modeling Forum, 2000,113 pp.
- E. Dutra, V. Stepanenko, P. A. Miranda, P. Viterbo, D. Mironov, V. N. Lykosov. Evaporation and seasonal temperature changes in lakes of the Iberian Peninsula//5th Portuguese-Spanish Assembly of Geophysics and Geodesy, Sevilha, 2006.
- A. J. Dyer. A review of flux-profile relationships. Bound. Lay. Meteorol., Vol. 7, 1974, pp. 363−372.
- J. L. Eastman, R. A. Pielke, and W. A. Lyons. Comparison of lake-breeze model simulations with tracer data. J. Appl. Meteor., Vol. 34,1995, pp. 1398−1418.
- F. Engelund. Effect of lateral wind on uniform channel flow. Progress Report 45, Inst. Of Hydrodynamic and Hydraulic Engr., Tech. Univ. of Denmark, 1978.
- J. Ettema and P. Viterbo. ECMWF soil moisture data assimilation. Proc. of ECMWF/LDAS workshop on land surface assimilation, 8−11 November, 2000, 8 pp.
- G. S. Forbes, and J. H. Meritt. Mesoscale vortices over the Great Lakes in wintertime. Mon. Wea. Rev., Vol. 112,1984, pp. 377−381.
- F. Giorgi. An approach for the representation of surface heterogeneity in land surface models. P. I: Theoretical framework. Mon. Wea. Rev., Vol. 125,1997, pp. 1885−1889.
- F. Giorgi. An approach for the representation of surface heterogeneity in land surface models. P. II: Validation and sensitivity experiments. Mon. Wea. Rev., Vol. 125, 1997, pp. 1900−1919.
- A. V. Glazunov, V. N. Lykossov. Large-eddy simulation of interaction of ocean and atmospheric boundary layers. Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling, 2003, Vol. 18, pp. 279−295.
- G.-H. Goudsmit, H. Burchard, F. Peeters, and A. Wuest. Application of k-s models to enclosed basins: the role of internal seiches. J. Geophys. Res., Vol. 107,2002, p. 3230.
- S. W. Hostetler, G. T. Bates, and F. Giorgi. Interactive coupling of a lake thermal model with a regional climate model. J. Geophys. R., Vol. 98D, 1993, pp. 5045−5057.
- S. B. Idso. A set of equations for full spectrum and 8−14 m and 10.5−12.5 m thermal radiation from cloudless skies. Wat. Resour. Res., Vol. 17,1981, pp. 295−304.
- M. A. 0. Jochum, H. A. R. de Bruin, A. A. M. Holstag, and A. C. Belmonte. Area-averaged surface fluxes in a semiarid region with partly irrigated land: lessons learned from EFEDA. J. of Appl. Meteorol. and Clim., Vol. 45,2005, pp. 856−874.
- T. Jonas, A. Y. Terzhevik, D. V. Mironov, and A. Wuest. Radiatively driven convection in an ice-covered lake investigated by using temperature microstructure technique. J. Geophys. Res., Vol. 108,2003, p. 3183.
- J. G. W. Kelley, J. S. Hobgood, K. W. Bedford, and D. J. Schwab. Generation of three-dimensional lake model forecasts for lake Erie. Wea. Forecast., Vol. 13, 1998, pp. 659 687.
- R. D. Koster and M. J. Suarez. A comparative analysis of two land surface heterogeneity representations. J. Climate, Vol. 5, 1992, pp. 1379−1390.
- P. Ljungemyr, N. Gustafsson, and A. Omstedt. Parameterization of lake thermodynamics in a high-resolution weather forecasting model. Tellus, Ser. A, Dyn. meteorol. oceanogr., 1996, Vol. 48, No. 5, pp. 608−621.
- M. Mackay. Modeling the regional climate impact of boreal lakes. Geophysical Research Abstracts, Vol. 8,5 405,2006.
- N. A. McFarlane, and G. M. Flato. Application of the Canadian Regional Climate model to the Laurentian Great Lakes region: Implementation of a lake model, Atmos.-Ocean, Vol. 38(3), 2000, pp. 481−503.
- N. Moelders, A. Raabe, and G. TetzlafF. A comparison of two strategies on land surface heterogeneity used in a mesoscale p meteorological model. Tellus, 1996, Vol. 48A, pp. 733−749.
- D. К. Lilly. On the numerical simulation of buoyant convection. Tellus, Vol. 14, 1962, pp. 148−174.
- J. F. Louis. A parametric model of vertical eddy fluxes in the atmosphere. Bound.-Layer Meteor., Vol. 17,1979, pp. 187−202.
- V. N. Lykossov. Atmospheric and oceanic boundary layer physics. Wind stress over the Ocean (Eds. Ian S. F. Jones and Yoshiaki Toba), Cambridge University Press, 2001, pp. 54−81.
- В. H. Lynn, D. Rind, and R. Avissar. The importance of mesoscale circulations generated by subgrid-scale landscape heterogeneities in general circulation models. J. Climate, Vol. 8,1995, pp. 191−205.
- В. H. Lynn, F. Abramopoulos, and R. Avissar. Using similarity theory to parameterize mesoscale heat fluxes generated by subgrid-scale landscape discontinuities in GCMs. J. of Climate, 1996, Vol. 8, pp. 932 951.
- J. F. Mahfouf, A. 0. Manzi, J. Noilhan, H. Giordani, and M. Deque. The land surface scheme ISBA within the Meteo-France Climate Model ARPEGE. P. l: Implementation and preliminary results. J. of Climate, Vol. 8,1995, pp. 2039−2057.
- J. F. Mahfouf, E. Richard, and P. Mascart. The influence of soil and vegetation on the development of mesoscale circulation. J. Appl. Meteor., Vol. 26,1987, pp. 1483−1495.
- L. Mahrt. Surface heterogeneity and vertical structure of the boundary layer. Bound.-Layer Meteorol., Vol. 96,2000, pp. 33−62.
- L. Mahrt. Grid average surface fluxes. Mon. Wea. Rev., Vol. 115,1987, pp. 1550−1560.
- C. L. Mellor and T. Yamada. A hierarchy of turbulence closure models for planetary boundary layers. J. Atmos. Sci., Vol. 31,1974, pp. 1791−1806.
- M. J. Miller, and A. A. White. On the non-hydrostatic equations in pressure and sigma coordinates. Quart. J.R. Met. Soc., Vol. 110,1984, pp. 515−533.
- P. M. Miranda. Gravity waves and wave drag in flow past three-dimensional isolated mountains. Phd Thesis, University of Reading, 1990,191 pp.
- P. M. A. Miranda, and I. N. James. Non-linear three-dimensional effects on gravity wave drag: Splitting flow and breaking waves. Quart. J. R. Met. Soc., Vol. 118, 1992, pp. 1057−1082.
- D. Mironov, A. Terzhevik, G. Kirillin, T. Jonas, J. Malm, and D. Farmer. Radiatively driven convection in ice-covered lakes: observations, scaling and a mixed layer model. J. Geophys. Res., Vol. 107,2002.
- A. Molod, H. Salmun, and D. W. Waugh. A new look at modeling surface heterogeneity: extending its influence in the vertical. J. Hydrometeor., Vol. 4,2003, pp. 810−825.
- A. Molod, H. Salmun, and D. W. Waugh. The impact on a GCM climate of an extended mosaic technique for the land atmosphere coupling. J. Climate, Vol. 17,2004, pp. 3877−3891.
- J. Noilhan and S. Planton. A simple parameterization of land surface processes for meteorological models. Mon. Wea. Rev. Vol. 117,1989, pp. 536−549.
- J. Noilhan, P. Lacarrere, A. J. Dolman, and J. M. Blyth. Defining area-average parameters in meteorological models for land surfaces with mesoscale heterogeneity. J. Hydrol., Vol. 190, 1997, pp. 302−316.
- Т. Ohata, Study on the water and energy cycle and land surface processes in Siberia (GAME-SIBERIA). Research Report of IHAS, No.3, pp. 34−37,1997.
- H. Pan, R. Avissar, D. B. Haidvogel. Summer circulation and temperature structure of lake Kinneret. J. Phys. Ocean., Vol. 32,2002, pp. 295−313.
- G. N. Panin, A. E. Nasonov, and M. G. Souchintsev. Measurements and estimation of energy and mass exchange over a shallow see. In: M. Donelan (Editor), The air-sea interface, Miami, 1996, pp. 489−494.
- C. A. Paulson. The mathematical representation of wind speed and temperature profiles in the unstable atmospheric-surface layer. J. Appl. Meteorol, Vol. 9, 1070, pp. 857−861.
- A. V. Pavlov. Regularities in thermal regime of lakes in permafrost areas. Russian Geocryological Research, Vol. 1,1995.
- T. Persson. Evaporation and heat-flux aggregation in heterogeneous boreal landscape. Disser. for deg. of Doctor of Philos., Uppsala University, 2004,48 pp.
- R. A. Pielke. A three-dimensional numerical model of the sea breezes over South Florida. Mon. Wea. Rev., Vol. 102,1974, pp. 115−139.
- R. A. Pielke, X. Zeng, T. J. Lee, and G. Dalu. Mesoscale fluxes over heterogeneous flat landscapes for use in larger scale models. J. Hydrol., Vol. 190, 1997, pp. 317−336.
- R. A. Pielke. Mesoscale Numerical modeling, 2d edition, Academic Press, San Diego, CA., 2002,676 pp.
- A. J. Pitman. A simple parameterization of sub-grid scale open water for climate models. Climate Dynamics, Vol. 6, No. 2,1991, pp. 99−112.
- Pushistov P. Yu., and Ievlev К. V. Numerical eddy-resolving model of non-stationary penetrative convection in spring solar heating of ice-covered lakes, Bull. Inst. Comput. Math. Math. Geophys., Vol. 5, pp. 55 63,2000.
- W. Rodi. Turbulence models and their application in hydraulics, 3rd edition, IAHR, A.A. Balkema, Rotterdam, 1993.
- F. Simoes. An eddy viscosity model for shallow-water flows. Wat. Resour. Engin. 98, ASCE, NY, 1998, pp. 1858−1863.
- J. Smagorinsky. On the numerical integration of primitive equations of motion for baroclinic flow in a closed region. Mon. Wea. Rev., Vol. 86,1958, pp. 457−466.
- R. B. Stull. An introduction to boundary layer meteorology. Kluwer, 1988, 666 pp.
- Technical description of the Community land model. NCAR Technical Note, May 2004,173 pp.
- M. A. Teixeira, and P. M. Miranda. The introduction of warm rain microphysics in the NH3d atmospheric model. Technical report, University of Lisbon, 1997, pp. 22.
- B.-J. Tsuang, C.-J. Tu, and K. Arpe. Lake parameterization for climate models. -Report No. 316, Max Planck Institute for Meteorology, Hamburg, 2001,72 pp.
- L. Umlauf, H. Burchard, and K. Hutter. Extending the k-co turbulence model towards oceanic applications. Ocean Modelling, Vol. 5,2003, pp. 195−218.
- L. Umlauf, H. Burchard, and K. Bolding. GOTM: source code and test case documentation. Version 3.2. 2006, 231 pp. доступен на сайте http ://www. gotm.net/index .php
- J. Wang, R. L. Bras, and E. A. B. Eltahir. A stochastic linear theory of mesoscale circulation induced by the thermal heterogeneity of the land surface. J. Atmos. Sci., Vol. 53,1996, pp. 3349−3366.
- A. Wuest and A. Lorke. Small scale hydrodynamics in lakes. Annu. Rev. Fluid Mech., 2003, Vol. 35, pp. 373−412.