Ассимиляция спутниковых данных о сплоченности льда при численном моделировании морского ледяного покрова Арктики

  • Автор:
  • Специальность ВАК РФ: 25.00.28
  • Научная степень: Кандидатская
  • Год защиты: 2004
  • Место защиты: Санкт-Петербург
  • Количество страниц: 143 с. : ил.
  • Стоимость: 230 руб.
Титульный лист Ассимиляция спутниковых данных о сплоченности льда при численном моделировании морского ледяного покрова Арктики
Оглавление Ассимиляция спутниковых данных о сплоченности льда при численном моделировании морского ледяного покрова Арктики
Содержание Ассимиляция спутниковых данных о сплоченности льда при численном моделировании морского ледяного покрова Арктики
Актуальность темы исследования
Выполнение работы
Цели и задачи работы
Научная новизна
Практическая ценность работы
Основные положения, выносимые на защиту
Апробация работы
Личный вклад автора
Структура, объем, содержание диссертации
ГЛАВА I: МОНИТОРИНГ МОРСКОГО ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА АРКТИКИ
1.1 Физико-географические особенности морского ледяного покрова
Арктики
1.2 Наблюдения за ледяным покровом
1.2.1 Наблюдения за ледяным покровом до появления ИСЗ
1.2.2 Методы дистанционного зондирования ледяного покрова из космоса...20 ГЛАВА II: ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА
2.1 Объединенные модели ледяного покрова и океана
2.2 Океаническая модель НУСОМ
2.2.1 Основные уравнения НУ СОМ
2.2.2 Вертикальная дискретизация НУСОМ
2.2.3 - Параметризация вертикального перемешивания
2.3 Модель ледяного покрова
2.3.1 Моделирование движения ледяного покрова
2.3.2 Моделирование термодинамических процессов
ГЛАВА III: МЕТОДОЛОГИЯ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
3.1 Взаимодействие результатов моделирования и систем наблюдений
3.2 Методы ассимиляции данных в климатические модели
3.3 Математическая методология решения обратных задач спутникового зондирования
3.4 Ансамблевый фильтр Кальмана
® 3.4.1 Теоретическая формулировка
3.4.2 Особенности практического применнеия
3.4.3 Развитие метода
ГЛАВА IV: АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
« 4.1 Постановка эксперимента
4.2 Количественная оценка эффективности разработанной методики
4.3 Результаты эксперимента с последовательной ассимиляцией
4.3.1 Изменение характеристик ледяного покрова
4.3.2 Изменение характеристик поверхности океана
4.4 Влияние модельной статистики на результаты ассимиляции
4.4.1 Дисперсия концентрации льда
4.4.2 Взаимосвязь между концентрацией льда и другими модельными полями
» ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ
Актуальность темы исследования
Информация о состоянии и развитии морского ледяного покрова Арктики имеет большое значение для изучения изменений регионального и глобального климата. Чувствительные к изменениям климата характеристики ледяного покрова океана, такие, как сплоченность льдов, их толщина и площадь распространения могут служить индикаторами сезонной и долговременной климатической изменчивости. Морской ледяной покров влияет также на условия формирования энергетических, в том числе и радиационных, потоков в системе океан-атмосфера и, следовательно, на динамику регионального и глобального климата.
С практической точки зрения, информация о пространственном распределении, дрейфе, типе, возрасте и сплоченности морского льда необходима для обеспечения безопасности судовой навигации, рыболовства, добычи нефти и газа в полярных районах.
Первые наблюдения за характеристиками морского ледяного покрова, полученные посредством измерений с дрейфующих и береговых станций, судов и подводных лодок, авиаразведок имели невысокую степень регулярности по времени и пространству. Однако стоит отметить результаты советской системы ледовых наблюдений, которые были достигнуты при помощи авиаразведок, начатых в 1914 г. В результате визуальных авианаблюдений были выявлены элементы и характеристики морского ледяного покрова и определена система их количественной оценки, разработаны методы наблюдений за параметрами морского льда, приведены в систему условные обозначения, терминология и классификация морских льдов. С внедрением в производство авианаблюдений аппаратуры и приборов дистанционного зондирования в 1945 г. методы оценки параметров морского ледяного покрова и характера распределения морского льда получили своё новое развитие [5].
В течение оставшейся части временного шага (1-8)Д^ поверхностный слой океана в первоначально покрытой льдом части ячейки нагревается до Ттс в соответствии с формулой (2.19). Если полный поток тепла через поверхность воды меньше или равен нулю, то в термодинамической системе лед-вода не произойдет никаких изменений.
Новые значения солености 5е„с, плотности р и толщины 1гепс поверхностного слоя океана определяются аналогичным образом, как и при процессе образования льда.
Во фракции открытой воды если полный поток тепла через поверхность воды отрицательный, то температура воды может понизиться до температуры замерзания, и образуется лед, как описано выше, только Р"акс принимается равной разнице Ршкс и изначальной сплоченности льда ячейки Р.
Если полный поток тепла через поверхность открытой воды больше нуля, то часть тепла 1—Р идет на нагревание фракции открытой воды поверхностного слоя океана, повышая её температуру, а часть Р идет на горизонтальное таяние льда. Следует отметить, что последний факт приводит к уменьшению площади фракции льда Р на АР, и, следовательно, к перерасчету всех переменных, описывающих термодинамическое состояние фракции ячейки, покрытой льдом. Если Р+АР>0, то температура поверхностного слоя рассчитывается как средневзвешенное по массам фракций, аналогично (2.22). Если Р+АР<0, то происходит следующее: 1) лёд полностью тает, а промежуточная температура ВПС рассчитывается как средневзвешенное по массам фракций, 2) вода, изначально покрытая льдом, нагревается в соответствии с (2.19).
Окончательно температура всей ячейки определяется по уравнению взвешенных масс, плотность поверхностного слоя - из уравнения состояния через соленость и температуру верхнего слоя. Соленость вычисляется из уравнений сохранения массы и солености. Окончательно значение толщины поверхностного слоя океана рассчитывается по уравнению взвешенных площадей. Сплоченность льда равна сумме сплоченностей льда двух фракций. Толщина льда и температура поверхности льда рассчитываются как средневзвешенные по фракциям значения.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

Никитин, Александр Афанасьевич
2007