СОДЕРЖАНИЕ 2
СОКРАЩЕНИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Гидродинамические модели атмосферы 8
1.1 Общая характеристика 8
1.2 Динамическая часть модели атмосферы 9
1.3 Физическая часть гидродинамической модели атмосферы 10
2 Методы численного прогноза метеорологических величин 12
2.1 Численные методы 12
2.2 Полулагранжева адвекция 12
2.3 Сетки на сфере 13
2.4 Схемы интегрирования по времени 14
3 База данных о прогностических и фактических значениях метеорологических
величин по выбранному пункту 15
3.1 Физико-географическая характеристика исследуемого района 15
3.2 Климат г. Севастополя 16
3.3 База данных температуры воздуха и осадков в городе Севастополе 18
4 Разработка гидродинамического прогноза для г.Севастополя 22
4.1 Используемая модель и её характеристики 22
4.2 Данные, используемые в исследовании 24
4.3 Верификация прогностических полей по данным анализа GFS 29
4.3.1 Влияние параметризации физических процессов на качество моделирования 32
4.4 Верификация по данным наблюдений на метеорологической станции 38
4.5 Параметризации, применяемые в модели 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 51
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ А 55
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 57
ПРИЛОЖЕНИЕ В 61
Гидродинамический краткосрочный прогноз погоды сочетает в себе достижения геофизической гидродинамики, вычислительной математики и эффективного учета всех физических процессов в атмосфере.
Современные прогнозы погоды и климата основаны на численном решении уравнений гидродинамики атмосферы. Этот прогноз основан на результатах гидродинамического моделирования с использованием численных моделей атмосферы различного пространственно-временного масштаба.
В настоящее время существуют, как минимум, три типа моделей, описывающих формирование погоды и климата с разными пространственными масштабами:
1) глобальные, которые используются в крупнейших метеорологических центрах для прогнозирования крупномасштабных процессов и формирования динамических граничных условий для региональных прогнозов;
2) региональные, с шагом около 3-10 км, предназначены для детального описания развития синоптических процессов над регионами, обслуживаемыми большинством метеорологических центров;
3) мелкомасштабные, которые имеют шаг от 100 до 500 м, и служат для подробного изучения процессов, формирующих погодные условия приземного и пограничного слоев.
Во всех гидродинамических моделях атмосферы существуют ошибки. Это погрешности исходных данных, ошибки, связанные с постановкой граничных условий, ошибки, связанные с выбором пространственного и временного разрешения модели, погрешности, связанные с выбором схемы параметризации физических процессов в масштабе сетки. Все эти ошибки существенно влияют на качество моделирования.
Этим объясняется актуальность данной работы, посвященной адаптации мезомасштабной гидродинамической модели WRF-ARW, для снижения ошибок прогноза приземной температуры и количества осадков с помощью изменения параметризации.
Целью данной работы является разработка гидродинамического прогноза температуры и количества осадков с использованием модели WRF-ARW на территории г. Севастополя.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Изучить модель WRF-ARW и освоить работу с ней, провести численные эксперименты;
2. Изучить пакет GRADS для визуализации результатов моделирования;
3. Адаптировать данную модель к региону исследования
4. Разработать прогноз метеорологических величин в период с 01.10.2020 по 01.11.2020 года;
5. Создать архив данных о количестве осадков и о приземной температуре воздуха в г.Севастополь;
6. Произвести оценку качества моделирования.
7. Выполнить анализ полученных данных;
Объектом исследования являются прогноз температуры воздуха и осадков.
Предметом исследования является гидродинамический прогноз с использованием мезомасштабной модели WRF-ARW.
В качестве изучаемой местности было принято решение выбрать республику Крым, а именно г. Севастополь, поскольку прогноз осадков является очень важной задачей для обеспечения жизнедеятельности.
Выпускная квалификационная работа состоит из 4 глав.
В первой главе представлена основная информация о гидродинамических моделях атмосферы. Рассматривается их общая характеристика, динамическая и физическая части модели атмосферы.
Во второй главе рассматриваются методы численного прогноза метеорологических величин.
В третьей главе данной работы представлена информация о физико-географической характеристике исследуемого района, а также описана собранная база данных о прогностических и фактических значениях метеорологических величин по выбранному пункту.
В четвёртой главе описана адаптация модели к выбранному региону, описаны численные эксперименты, результаты верификации прогнозов.
В заключении приведены выводы по проведённому исследованию.
Методической основой работы послужили литературные источники, интернет ресурсы, справочные материалы и методические указания.
Поставленная в начале данной работы цель, а именно разработка гидродинамического прогноза температуры и количества осадков с использованием модели WRF-ARW на территории г. Севастополя, в ходе выполнения работы была полностью достигнута.
Для успешного достижения цели были решены следующие частные задачи:
1. Была изучена модель WRF-ARW и освоена работа с ней, проведены численные эксперименты;
2. Был изучен пакет GRADS для визуализации результатов моделирования;
3. Разработан прогноз метеорологических величин в период с 01.10.2020 по 01.11.2020 года;
4. Создан архив данных о количестве осадков и о приземной температуре воздуха в г. Севастополь;
5. Была произведена оценка качества моделирования.
6. Выполнен анализ полученных данных;
В соответствии с выполненной работой можно сделать следующие выводы:
1. Реализация модели WRF, для прогноза температуры и осадков для Севастополя, продемонстрировала хорошие возможности и перспективы ее использования;
2. В результате проведенного исследования получено, что рассчитанные характеристики точности модели представляются удовлетворительными: - прогноз для температуры воздуха является успешным; прогноз осадков по фактическим и прогностическим значениям оказался немного хуже;
3. Параметризации конвекции в модели привели к разной точности прогноза осадков. При прогнозе осадков лучший результат дала схема Grell-3. Худший результат оказался у схемы Tiedtke...
