Введение……………………………………………………………………………………… 3
Глава 1. Модель WRF
1.1 Общие сведения о модели WRF ARW………………………………………………… 5
1.2 Современные исследования детализации метеорологических полей, в том числе при помощи семейства моделей WRF ……………………………………………………. 7
1.3 Структура модели WRF ARW………………………………………………………… 8
1.4 Эксплуатация WRF ARW……………………………………………………………… 11
Глава 2. Проведение тестовых экспериментов
2.1 Исследование избыточности даунскейлинга………………………………………….. 13
2.2 Исследование соотношения масштабов вложенных расчетных областей………….. 16
Глава 3. Исследование мезо- и микроклимата Санкт-Петербурга и Ленинградской области
3.1 Описание эксперимента…………………………………………………………………. 19
3.2 Результаты расчета. Средние отклонения рассчитанных величин от данных наблюдений.............................................................................................................................. 22
3.3 Результаты расчета. Суточный ход отклонений рассчитанных величин от данных наблюдений………………………………………………………………………………….. 24
3.4 Результаты расчета. Средние поля значений………………………………………….. 30
Выводы……………………………………………………………………………………….. 31
Заключение………………………………………………………………………………… 33
Список источников……………………………………………………………………….. 34
Приложения
Приложение А. Описание переменных файла namelist.wps………………………………. 37
Приложение Б. Сравнительные карты метеорологических элементов. Цветной заливкой показаны значения для расчетной области с разрешением 3 км, черными контурами — значения для области с разрешением 1 км……………………………… 43
Приложение В. Отклонение результатов расчета от данных наблюдений на метеорологических станциях Ленинградской области (тестовый расчет, 16. июля 2015 г.)…………………………………………………………………………………………….. 45
Приложение Г. Таблицы суточного ходя значений отклонения данные расчетов от данных наблюдений………………………………………………………………………….. 47
Приложение Д. Осредненные поля температуры, давления и влажности……………….. 49
Климат Земли – сложная система, характеризующая «ансамбль состояний метеорологической составляющей системы атмосфера-океан-суша–криосфера, который она проходит за длительное время (не менее нескольких десятилетий)» (Дроздов и др.,1989). Отличительной чертой современного этапа развития климатологии и метеорологии является широкое использование численных данных и методов, опирающееся на наличие сложных вычислительных машин. Множество изучаемых процессов характеризуется разнообразием пространственных и временных масштабов. Изучение мезо- и микроклимата приводит к необходимости получения достаточно длинных рядов данных с высоким пространственным и временным разрешением.
Первым шагом на данном пути стала организация метеорологических наблюдений на сети гидрометеорологических станций. Однако сеть гидрометеорологических станций не является регулярной и характеризуется недостаточно высоким пространственным разрешением.
Следующим шагом стало использование численных моделей (как глобальных, так и региональных) для улучшения пространственного разрешения метеорологических данных. Одним из наиболее значимых событий стало создание баз данных реанализов, включающих достаточно длинные ряды данных как для атмосферы, так и для океана (Kalnay et al, 1996; NCAR, UCAR: Climate data guide; Reanalyses). Создание реанализа открыло целый ряд новых возможностей и перспектив перед исследователями.
Однако для изучения мезо- и микроклимата данные реанализа все еще обладают недостаточно высоким пространственным разрешением. В связи с этим в настоящее время развиты методы интерполяции (как динамической, так и статистической), базирующиеся на данных реанализа и натурных наблюдений и их использовании в мезоклиматических моделях (Богомолов и др., 2009; Bengtsson et al., 2007). Одной из таких моделей является Weather Research and Forecasting Model (WRF).
WRF представляет собой целое семейство численных моделей прогноза погоды, которые могут быть использованы как в оперативной практике, так и для самых разнообразных исследований. В данном исследовании используется модель Advanced Research WRF (ARW) версии 2.
Основной целью исследования является получение мезоклиматических карт для района Санкт-Петербурга и Ленинградской области c пространственным разрешением порядка 3 км, исследование основных особенностей мезоклимата и его воспроизведения моделью.
Задачами исследования являются:
1. Освоение модели WRF ARW
2. Выбор оптимальной конфигурации модели
3. Проведение численных экспериментов
4. Построение карт и анализ результатов.
Исследования были проведены с использованием вычислительных ресурсов Ресурсного Центра "Вычислительный центр СПбГУ" (http://cc.spbu.ru).
В настоящей работе проведено исследование особенностей применения численной модели WRF-ARW при проведении мезоклиматических и микроклиматических исследованиях. Были выполнены следующие задачи:
1. Освоена модель WRF-ARW
2. Проведен ряд тестовых расчетов с использованием различныой конфигурации модели
3. На основании тестовых экспериментов выбрана конфигурация модели для проведения мезоклиматического расчета
4. Выполнен расчет для территории Ленинградской области и Санкт-Петербурга и получены поля средних значений температуры, давления на уровне моря и относительной влажности для исследуемого периода.
Таким образом, были выполнены все поставленные задачи, изучены особенности применения модели WRF-ARW в практике климатических исследований, получены численные оценки отклонений получаемых при помощи модели данных от данных наблюдений. Выполнена главная цель исследования — получены мезоклиматические карты территории Ленинградской области с пространственным разрешением 3 км, отражающие основные ее особенности. Настоящая работа показывает, что исследуемая модель удовлетворительно отражает основные особенности метеорологической и климатической обстановки, однако для получения более точных данных и данных с более высоким пространственным разрешением требуются дополнительные исследования.
