Заседание семинара "Общеинститутский семинар" 12.11.2025 в 14-00. "Турбулентный обмен в пограничном слое атмосферы: параметризации на основе вихреразрешающих и осредненных по Рейнольдсу моделей", Дебольский Андрей Владимирович

Цель работы — исследование и улучшение интегральных и локально-одномерных моделей атмосферного пограничного слоя (АПС), использующихся в моделях прогноза погоды и климата. Для валидации использовались данные численных экспериментов вихреразрешающего моделирования(Large-Eddy Simulation, LES) в идеализированных постановках для конвективного, умеренно-устойчивого и сильно-устойчивого пограничного слоя атмосферы.

Для сухого конвективного и сдвигово-конвективного АПС рассматривались модель нулевого порядка. Эмпирические константы интегральной модели конвективного АПС, полученные по данным LES для случая свободной конвекции, хорошо согласуются с ранее опубликованными данными лабораторных и численных экспериментов. Для сдвигово-конвективного случая применена параметризация генерации кинетической энергии турбулентности за счет сдвига скорости в конвективном пограничном слое в терминах скорости трения и средней скорости ветра в АПС, что позволяет сформулировать интегральную модель сдвигово-конвективного АПС, пригодную для практического использования.

Для устойчивой и сильно-устойчивой стратификации рассматривались модели первого порядка и двухпараметрические модели. Валидация моделей производилась в идеализированных экспериментов в постановках GABSL1 и van der Linden et. al (2019). Показано что что такой подход при задании равновесного состояния в двухпараметрических моделях, согласованного с теорией подобия Монина-Обухова позволяет точнее воспроизвести основные характеристики слабо нестационарных устойчиво-стратифицированных пограничных слоев. При этом использование замыканий первого порядка использующие такой же стационар и локальное обобщение ТПМО, незначительно ухудшает результаты моделирования.

Выбранные замыкания первого порядка были внедрены в версию Модель Земной системы ИВМ РАН. Это позволило уменьшить ошибку (относительно реанализа) в приземных характеристиках при воспроизведении современного климата. Для дальнейшего улучшения параметризаций турбулентного перемешивания в АПС, на основе данных набора численных экспериментов с LES моделью производилась оптимизация констант замыкания первого порядка. Использование оптимизированной версии замыкания в климатической модели, улучшило воспроизведение приземных характеристик современного климата.