Численное моделирование суточных колебаний инсоляции в идеализированной модели общей циркуляции атмосферы
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2026.19.1.1Ключевые слова:
вращающаяся конвекция, локализованный нагрев, общая циркуляция атмосферы, бароклинные волныАннотация
Вращение Земли вокруг своей оси приводит к тому, что область, освещенная Солнцем, постоянно перемещается в противоположном направлении. Возникающие в результате этого суточные осцилляции температуры поверхности могут оказывать влияние на структуру и динамику общей циркуляции атмосферы и бароклинных волн в средних широтах. В представленной работе проведено численное исследование влияния суточных колебаний инсоляции на формирование и характеристики крупномасштабных течений при помощи численного аналога лабораторной модели общей циркуляции атмосферы. Рассмотрены два основных режима течения: с регулярными и нерегулярными бароклинными волнами. Суточные осцилляции инсоляции моделировались посредством локализованного движущегося источника тепла. Показано, что для обоих режимов бароклинных волн переход от стационарного, зонально однородного нагрева к нестационарному, зонально неоднородному нагреву не приводит к качественным изменениям в структуре среднего течения и распределении пульсаций. Наблюдаются только количественные изменения их характеристик, величина которых не превышает 15%. Предположение, что движущийся источник тепла приведет к росту энергии пульсаций, не подтвердилось. Более того, энергия пульсаций меридиональной скорости, которая характеризует энергию бароклинных волн, в случае движущегося источника тепла уменьшается. Относительно слабое влияние перехода от стационарного, зонально однородного нагрева к нестационарному, зонально неоднородному объясняется тем, что возмущения, обусловленные движением источника тепла, локализованы как по пространству, так и по частоте.
Скачивания
Библиографические ссылки
Vallis G.K. Atmospheric and oceanic fluid dynamics. Cambridge: Cambridge University Press, 2017. 946 p.
Володин Е.М., Мортиков Е.В., Кострыкин С.В., Галин В.Я., Лыкосов В.Н., Грицун А.С., Дианский Н.А., Гусев А.В., Яковлев Н.Г. Воспроизведение современного климата в новой версии модели климатической системы ИВМ РАН // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53, № 2. C. 164–178. DOI: 10.7868/S0002351517020122
Majumdar S.J., Sun J., Golding B., et al. Multiscale Forecasting of High-Impact Weather: Current Status and Future Challenges // Bulletin of the American Meteorological Society. 2021. Vol. 102, no. 3. P. E635–E659. DOI: 10.1175/BAMS-D-20-0111.1
Brotzge J.A., Berchoff D., Carlis D.L., Carr F.H., Carr R.H., Gerth J.J., Gross B.D., Hamill T.M., Haupt S.E., Jacobs N., et al. Challenges and opportunities in numerical weather prediction // Bulletin of the American Meteorological Society. 2023. Vol. 104, no. 3. P. E698–E705. DOI: 0.1175/BAMS-D-22-0172.1
Vallis G.K. Geophysical fluid dynamics: whence, whither and why? // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2016. Vol. 472, no. 2192. 20160140. DOI: 10.1098/rspa.2016.0140
Claussen M., Mysak L., Weaver A., Crucifix M., Fichefet T., Loutre M.-F., Weber S., Alcamo J., Alexeev V., Berger A., et al. Earth system models of intermediate complexity: closing the gap in the spectrum of climate system models // Climate dynamics. 2002. Vol. 18. P. 579–586. DOI: 0.1007/s00382-001-0200-1
Jeevanjee N., Hassanzadeh P., Hill S., Sheshadri A. A perspective on climate model hierarchies // Journal of Advances in Modeling Earth Systems. 2017. Vol. 9, no. 4. P. 1760–1771. DOI: 10.1002/2017MS001038
Maher P., Gerber E.P., Medeiros B., Merlis T.M., Sherwood S., Sheshadri A., Sobel A.H., Vallis G.K., Voigt A., Zurita-Gotor P. Model Hierarchies for Understanding Atmospheric Circulation // Reviews of Geophysics. 2019. Vol. 57, no. 2. P. 250–280. DOI: 10.1029/2018RG000607
Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R., et al. The NCEP/NCAR 40-Year Reanalysis Project // Renewable Energy. Routledge, 2018. P. 146–194. DOI: 10.4324/9781315793245-16
Kaspi Y., Showman A.P. Atmospheric dynamics of terrestrial exoplanets over a wide range of orbital and atmospheric parameters // The Astrophysical Journal. 2015. Vol. 804, no. 1. P. 60. DOI: 10.1088/0004-637X/804/1/60
Sukhanovskii A., Stepanov R., Bykov A., Vetrov A., Kalinin N., Frick P. Mid-latitude baroclinic waves in a zonally homogeneous Earth-like planet // Climate Dynamics. 2025. Vol. 63, no. 1. P. 1–21. DOI: 10.1007/s00382-024-07561-z
Фрик П.Г., Степанов Р.А., Сухановский А.Н., Калинин Н.А., Ветров А.Л., Быков А.В. Общая циркуляция и бароклинные волны в атмосфере модельных азимутально-однородных планет земного типа // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2025. Т. 61, № 6. C. 737–750. DOI: 10.7868/S3034648725060021
Sukhanovskii A., Popova E., Vasiliev A. A shallow layer laboratory model of large-scale atmospheric circulation // Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics. 2023. P. 155–176. DOI: 10.1080/03091929.2023.2220877
Васильев А.Ю., Попова Е.Н., Сухановский А.Н. Структура течений в лабораторной модели общей циркуляции атмосферы // Вычислительная механика сплошных сред. 2023. Т. 16, № 3. C. 321–330. DOI: 10.7242/1999-6691/2023.16.3.27
Sukhanovskii A., Gavrilov A., Popova E., Vasiliev A. The study of the impact of polar warming on global atmospheric circulation and mid-latitude baroclinic waves using a laboratory analog // Weather and Climate Dynamics. 2024. Vol. 5, no. 2. P. 863–880. DOI: 10.5194/wcd-5-863-2024
Smith D.M., Screen J.A., Deser C., et al. The Polar Amplification Model Intercomparison Project (PAMIP) contribution to CMIP6: investigating the causes and consequences of polar amplification // Geoscientific Model Development. 2019. Vol. 12, no. 3. P. 1139–1164. DOI: 10.5194/gmd-2018-82
Ye K., Woollings T., Sparrow S.N., Watson P.A.G., Screen J.A. Response of winter climate and extreme weather to projected Arctic sea-ice loss in very large-ensemble climate model simulations // npj Climate and Atmospheric Science. 2024. Vol. 7, no. 1. P. 20. DOI: 10.1038/s41612-023-00562-5
Blackport R., Screen J.A. Insignificant effect of Arctic amplification on the amplitude of midlatitude atmospheric waves // Science Advances. 2020. Vol. 6, no. 8. eaay2880. DOI: 10.1126/sciadv.aay2880
Gavrilov A., Sukhanovskii A., Vasiliev A., Popova E. Numerical study of structural changes in the laboratory model of the atmospheric general circulation under variation of the rotation rate // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2025. Vol. 241. 126676. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.126676
Soden B.J. The diurnal cycle of convection, clouds, and water vapor in the tropical upper troposphere // Geophysical Research Letters. 2000. Vol. 27, no. 15. P. 2173–2176. DOI: 10.1029/2000GL011436
Lee M.- I., Schubert S.D., Suarez M.J., Schemm J.-K.E., Pan H.-L., Han J., Yoo S.-H. Role of convection triggers in the simulation of the diurnal cycle of precipitation over the United States Great Plains in a general circulation model // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2008. Vol. 113, no. D2. DOI: 10.1029/2007JD008984
Dai A., Deser C. Diurnal and semidiurnal variations in global surface wind and divergence fields // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 1999. Vol. 104, no. D24. P. 31109–31125. DOI: 10.1029/1999JD900927
Yang G.- Y., Slingo J. The Diurnal Cycle in the Tropics // Monthly Weather Review. 2001. Vol. 129, no. 4. P. 784–801. DOI: 2.0.CO;2" >10.1175/1520-0493(2001)129<0784:TDCITT>2.0.CO;2
Raupp C.F.M., Dias P.L.S. Interaction of equatorial waves through resonance with the diurnal cycle of tropical heating // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2010. Vol. 62, no. 5. P. 706–718. DOI: 10.1111/j.1600-0870.2010.00463.x
Stern M.E. The Moving Flame Experiment // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 1959. Vol. 11, no. 2. P. 175–179. DOI: 10.3402/tellusa.v11i2.9301
Schubert G., Whitehead J.A. Moving Flame Experiment with Liquid Mercury: Possible Implications for the Venus Atmosphere // Science. 1969. Vol. 163, no. 3862. P. 71–72. DOI: 10.1126/science.163.3862.71
Reiter P., Zhang X., Stepanov R., Shishkina O. Generation of zonal flows in convective systems by travelling thermal waves // Journal of Fluid Mechanics. 2021. Vol. 913. A13. DOI: 10.1017/jfm.2020.1186
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
