WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
УДК 551.511.072

На правах рукописи

Ваниха Паскаль Феликс МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ ТРОПИЧЕСКИХ ЦИКЛОНОВ В ЮГОЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ИНДИЙСКОГО ОКЕАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АССИМИЛЯЦИИ ДАННЫХ Специальность 25.00.30 – метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

г. Санкт-Петербург 2009 г.

2 Диссертация выполнена на кафедре метеорологических прогнозов Российского государственного гидрометеорологического университета.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор, C.П. Смышляев Официальные оппоненты : доктор географических наук, профессор И.Н.Русин кандидат физико-математических наук, доцент К.Л.Егоров

Ведущая организация: Главная геофизическая обсерватория имени А.И.Воейкова

Защита диссертации состоится "17" Декабря 2009 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д.212.197.01 при Российском государственном гидрометеорологическом университете по адресу:

195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98, тел. (812) 444-41-63.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета по адресу:

195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98.

Автореферат разослан "17"ноября 2009 г.

Ученый секретарь, доктор физ.-мат. наук диссертационного совета, профессор А.Д. Кузнецов 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Тропические циклоны (ТЦ) относятся к наиболее интенсивным вихрям синоптического масштаба тропической атмосферы, образующимся, главным образом, над океанской поверхностью. Скорость ветра в них достигает до 50 м/с, что может привести к значительному экономическому ущербу и человеческим жертвам в случае выхода ТЦ на сушу. По статистическим данным ООН, из крупных стихийных бедствий, которые произошли во всем мире за последние 50 лет, на вызванные тропическими циклонами приходится 30% от значительных ущербов, 19% от потерь жизни, и 20% от общего числа пострадавших.

Заблаговременный прогноз траекторий тропических циклонов позволяет провести эвакуацию населения и имущества из района, на который надвигается стихийное бедствие.

Проблема прогноза эволюции тропических циклонов является особенно актуальной для Юго-Восточной Африки. Несмотря на то, что над юго-западной частью Индийского океана бывает в среднем до 10 тропических циклонов в год, особенности их развития в этом регионе очень мало изучены по сравнению с тропической зоной северного полушария, для которой в последнее время было проведено достаточно много экспериментов с целью улучшения прогнозирования развития тропических циклонов с использованием разных подходов. Между тем, регион Юго-Восточной Африки сталкивается со многими проблемами в прогнозировании тропических циклонов в силу различных факторов (недостаток данных наблюдений над Индийским океаном, несовершенные технологии в методах прогнозирования, плохая экономическая ситуация и т.д.), поэтому любой, даже самый маленький, шаг в направлении улучшения качества прогнозирования траекторий и интенсивности ТЦ и места их выхода на сушу, может быть использован для предотвращении или, хотя бы, для уменьшения влияния ТЦ, выходящих на сушу и вызывающих много ущерба, потерь имущества и даже гибели людей.

В этой связи, одной из актуальных задач тропической метеорологии является разработка и усовершенствование методов прогнозирования эволюции тропических циклонов в Юго-Западной части Индийского океана, а особенно прогноза их траекторий, интенсивности, места и времени выхода на сушу. В ряду методов прогнозирования развития ТЦ одним из основных является численное моделирование с использованием региональных гидродинамических моделей. При этом одной из важнейших задач численного моделирования эволюции тропических циклонов является задание начальных данных о структуре тропических циклонов и соответствующих синоптических условиях. Тропические циклоны, в основном, зарождаются и развиваются над океанами и морями, где метеорологических наблюдений очень мало, или они отсутствуют, что приводит к проблемам качества начальных данных для моделей прогноза траекторий и интенсивности тропических циклонов.

Один из наиболее общепринятых подходов в деле улучшения качества исходных данных для численного моделирования – это использование процедуры ассимиляции данных (комбинирование данных наблюдений с результатами модельных расчетов).

Однако, как показывает практика, качество прогноза тропических циклонов зависит не только от точности модельных расчетов (фонового поля) и выбранного метода ассимиляции данных, но и от достоверности исходной информации о циклоне: его положении, значении давления в центре ТЦ, максимальной скорости ветра и т.д.

Для решения актуальной проблемы точности задания начальных данных о структуре ТЦ для моделирования развития тропических циклонов в Юго-Западной части Индийского океана в настоящей работе предлагается метод задания искусственного асимметричного вихря в том месте, где фактически располагался ТЦ.

Для тестирования метода искусственного вихря и исследования его влияния на качество прогнозов развития тропических циклонов используется региональная модель высокого разрешения WRF с блоком ассимиляции данных.

Целью работы является - разработка и усовершенствование метода прогнозирования траекторий тропических циклонов и их интенсивности над юго-западной частью Индийского океана с помощью ассимиляции искусственных данных региональной гидродинамической моделью Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выбор модели и ее оптимальная настройка для прогноза тропических циклонов в юго-западной части Индийского океана:

– Исследование чувствительности модели к разным схемам микрофизики, – Исследование влияния схем описания пограничного слоя на прогноз эволюции тропических циклонов в исследуемом регионе 2. Подготовка данных метеорологических наблюдений наземного базирования (синоптических и радиозондов ) для проведения ассимиляции данных в гидродинамической модели.

3. Разработка методики и практическая реализация генерирования искусственных симметричных профилей ветра и давления на основе данных наблюдений из сводок о тропическом циклоне.

4. Разработка методики добавления асимметричной компоненты к симметричным искусственным профилям для получения окончательной асимметричной структуры начальных данных о ТЦ, ассимилируемой моделью;

5. Проведение модельных экспериментов развития ТЦ с разными методами задания начальных данных;

6. Оценка успешности прогноза интенсивности и траекторий ТЦ при использовании разных методов ассимиляции данных над исследуемым регионом.

Методы исследования. Для достижения целей исследования и решения поставленных задач проводились численные эксперименты с региональной гидродинамической моделью WRF, с использованием ассимиляции данных для формирования исходной информации о тропическом циклоне, и последующим статистическим анализом результатов расчетов.

Научная новизна • Впервые для формирования исходной информации о тропическом циклоне при моделировании его эволюции в Юго-Западной части Индийского океана использовался метод искусственного вихря;

• Получены новые оценки чувствительности прогностической системы WRF к схемам микрофизики и схемам описания пограничных слоёв прогнозов траекторий и интенсивности тропических циклонов в юго-западной части Индийского океана;

• Получены новые оценки успешности прогнозов траекторий и интенсивности тропических циклонов в юго-западной части Индийского океана при использовании искусственных данных ассимиляции на основе: а) определения начального положения тропического циклона; б) интенсивности траектории и скорости перемещения тропического циклона; в) оценки выхода тропического циклона на сушу.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

• Метод ассимиляции искусственных начальных данных (BDA), предназначенный для улучшения качества моделирования траекторий и интенсивности тропических циклонов в юго-Западной части Индийского океана.

• Результаты чувствительности моделирования эволюции ТЦ к схемам микрофизики и описания процессов в пограничном слое.

• Оценки качества прогнозов траекторий и интенсивности тропических циклонов при использовании разных способов модельной ассимиляции данных.

• Оценки влияния метода задания начальных данных на прогноз места и времени выхода ТЦ на сушу.

Личный вклад автора Все положения, выносимые на защиту, основаны на результатах исследований, проведённых непосредственно и лично автором. В публикациях, содержащих основные результаты диссертационной работы, автору принадлежат идеи исследования, формулировка проблем, постановка задач и интерпретация полученных результатов. Выбор подходов к решению задач, разработка методов и алгоритмов расчетов проведены автором совместно с учёными из NCAR, Национального Университета Сеула и РГГМУ.

Теоретическая и практическая значимость Полученные оценки успешности прогнозов траекторий и интенсивности тропических циклонов с использованием метода задания искусственных данных, чувствительности модели к схемам микрофизики и схемам пограничных слоёв позволяют сделать вывод о целесообразности использования предлагаемой методики в прогностической системе WRF для прогноза тропических циклонов в юго-западной части Индийского океана. Разработанный метод использования ассимиляции искусственного вихря будет рассматриваться на предмет внедрения в оперативную практику в Метеорологическом Агентстве Танзании.

Апробация диссертационной работы Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались:

• На научном межкафедральном семинаре метеорологического факультета Российского государственного гидрометеорологического университета, • На научном семинаре в Национальном Университете Сеула (Сеул, Корея, сентябрь 2008).

• На Международном научном семинаре “Третий WRF семинар Восточной Азии” Сеул, Корея,14 апреля 2009 г.

Публикации: Результаты диссертации опубликованы в 2 печатных работах, материалы использованы в научно-исследовательских отчётах.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников, включающего 127 наименований. Общий объём работы составляет 146 страниц, включая 56 рисунков и 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, приведены основные положения и результаты, выносимые на защиту, теоретическая новизна и практическая значимость работы, а также приводится краткое изложение содержания диссертации.

В первой главе раскрывается роль тропических циклонов в формировании экстремальных условий погоды и стихийных бедствий в разных регионах мира, кратко описываются характеристики тропических циклонов мира: области возникновения, названия и классификация ТЦ в зависимости от места, где возник ТЦ, регулярность появления, интенсивность и преобладающие траектории перемещения, а также приведен обзор литературы, посвященной вопросам образования и развития тропических циклонов.

В данной главе также изложено краткое описание региональных особенностей юго-западной части Индийского океана. Необходимость такого описания связана с тем, что дальнейшие исследования и численные эксперименты проводились для данного региона. Этот регион расположен к югу от экватора от побережья Африканского континента до 90 в. д. Юго-западная часть Индийского океана является второй в мире по количеству ТЦ в год. Сезон тропических циклонов в этом регионе начинается с сентября по май, а пик достигается в январе. В среднем в данном регионе регистрируется до 10 тропических штормов за сезон и около 40% из них достигает категории интенсивного тропического циклона. Негативные последствия циклонов, формирующихся в юго-западной части Индийского океана, могут распространяться на все острова, находящиеся в этом регионе, в том числе Мадагаскар, Маврикий, Реюньон, Коморские Острова, а также на побережьях Мозамбика, Танзании и Кении, и даже затронуть Малави и Зимбабве.

Во заключительной части первой главы приведен обзор методов экспериментальных и теоретических исследований процессов формирования и эволюции тропических циклонов. Описаны методы получения экспериментальных данных о зарождении и развитии ТЦ, обоснована целесообразность использования региональных гидродинамических моделей для прогноза эволюции тропических циклонов и приведено хронологическое описание развития методов гидродинамического моделирования траекторий ТЦ, показана важность повышения точности задания начальных данных о ТЦ для повышения успешности гидродинамических прогнозов их развития. Наконец, в заключение первой главы приведено описание используемых методов ассимиляции данных измерений о структуре тропических циклонов как наиболее перспективного метода для формирования поля начальных данных для гидродинамической модели, а также описаны их проблемы для юго-западной части Индийского океана, связанные с отсутствием регулярной сети наблюдений. Обосновывается выбор системы регионального моделирования на базе гидродинамической модели высокого разрешения WRF, позволяющей гибкое использование различных методов ассимиляции данных наблюдений.

Во второй главе даётся описание используемой в настоящей работе системы регионального гидродинамического моделирования WRF, которая содержит три основные составляющие. Первой компонентой моделирования системы WRF является:

Предварительная система WRF (WPS), выполняющая следующие задачи: а) определение областей моделирования, б) интерполирование наземных данных (например, ландшафта, землепользования и типа почвы) в области моделирования, с) интерполяция метеорологических данных из других моделей на домен исследования.

Второй составляющей системы моделирования WRF является блок динамического решения системы уравнений гидродинамической модели WRF (ARW).

ARW-это главная часть системы моделирования WRF, которая включает в себя:

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»