Parametryzacja konwekcyjnej warstwy przyziemnej w numerycznym modelowaniu zjawisk meteorologicznych

• Autorzy: Łobocki L.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono nowe idee parametryzacji procesów mieszania w dolnej atmosferze, w warunkach konwekcyjnych. Analiza profilu temperatury i energii chwiejności w warstwie przyziemnej prowadzi do uzasadnienia hipotezy dotyczącej równomiernego udziału powietrza z poszczególnych poziomów warstwy przyziemnej, w formowaniu prądów konwekcyjnych. Pozwala to określić wejściowe parametry modeli konwekcji -- prędkość pionową i temperaturę powietrza zasilającego owe prądy. W dalszej części przedstawiona zostaje metoda całkowania równań modeli turbulencji z wyższym rzędem zamykania, pozwalająca wyznaczać turbulentny strumień ciepła w warstwie przyziemnej w pełnym zakresie równowag chwiejnych, włączającym asymptotyczny przypadek swobodnej konwekcji, przy słabym wietrze lub ciszy. Otrzymane, przy użyciu należącego do tej klasy modelu Mellora-Yamady, rozwiązania numeryczne porównano z wynikami empirycznymi; dokonano także aproksymacji tych rozwiązań w układzie bezwymiarowym, uzyskując postać funkcji uniwersalnych, które mogą być wykorzystywane do opisu transportu pionowego w warstwie przyziemnej, w numerycznych modelach meteorologicznych. Wprowadzone pełne rozwiązanie, które uwzględnia parametryzację transportu turbulentnego w warunkach chwiejności przy braku wiatru, uogólnia wcześniejszą metodę, wdrożoną przez autora pracy, w r. 1994, w podstawowym modelu regionalnym i mezoskalo-wym "Eta" amerykańskiej służby prognoz pogody.

EN

The dissertation introduces and discusses new ideas for the parameterization of mixing processes under convective conditions in the Iower atmosphere. Analysis of the temperature and buoyant energy profiles in the surface layer leads to the hypothesis of "equal share" of air elements originating from different levels when forming an updraft or thermal. The proposed conceptual model permits the calculation of buoyancy and kinetic energy of air parcel participation in convective motion. Under free convection, the total potential energy due to buoyancy/static instability in the surface layer appears to be equal to the constituent of turbulent kinetic energy due to vertical motions. Simplified, superquilibrium turbulence closure models can be used to derive so-called bulk surface-layer relationships, i.e. the relationship between vertical fluxes and the differences of temperature and wind speed between two levels. A synthesis of such method is made, using a popular turbulence closure model as an example. This method, originally initiated in the author's paper in 1993, is extended and generalized to include free-convection treatment and vertical variability of turbulent fluxes. The results are compared with empirically-derived relationships. The development is complemented by providing simple approximations of the solution m a universal, similarity-derived framework, for practical use.

Słowa kluczowe

PL

mieszanie; atmosfera; warstwa przyziemna; zjawiska meteorologiczne

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska
• Rocznik: 2001
• Tom: z. 37
• Strony: 3--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 96 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Łobocki L.

• Instytut Systemów Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej