Модели взаимодействия химических и физических процессов в геосфере


Для учета взаимодействия физических и химических процессов в геосфере, определяющих взаимодействие изменений погоды и химического состава и структуры атмосферы глобального и регионального масштабов, необходимо одновременно использовать модели качества воздуха и численного прогноза погоды. Для выработки принципов взаимодействия моделей качества воздуха и численного прогноза погоды необходимо исследование химических и физических процессов, определяющих взаимосвязанные изменения климата, погоды и химического состава геосферы. Затем следует определить способы параметризации этих процессов в моделях качества воздуха и чмсленного прогноза погоды.

Первый этап выполнения определения принципов взаимодействия метеорологических и химических моделей был посвящен анализу параметризаций, в которых необходимо использовать данные из других моделей. Для этого сначала был выполнен анализ современного состояния в области моделирования глобальных и региональных химических и физических процессов в атмосфере, что позволило путем сопоставления существующих методов и программного обеспечения оценить существующие методы в данной области геохимии и метеорологии и выбрать приоритетное направление исследования взаимодействия моделей разных масштабов.

На основе анализа современного состояния, были выбраны и реализованы алгоритмы взаимодействия моделей химической погоды и численного прогноза погоды. Для практической реализации модели было разработано и создано программное обеспечение для расчёта влияния изменений климата на погоду и состав атмосферы.

Для проверки и валидации разработанного комплекса моделей и системы усвоения были проведены модельные численные эксперименты, направленные на изучение взаимодействия изменений климата, погоды и состава атмосферы в глобальном и региональном масштабах. В процессе этих численных экспериментов были исследованы влияние глобальных изменений климата и состава атмосферы на региональные изменения погоды, климата и состава, атмосферных колебаний на процессы изменения погоды и обратных связей между изменениями газового состава и климата в тропосфере и стратосфере.

Для прогнозирования влияния изменения климата на газовый состав и погоду необходимо одновременное изучение взаимосвязанных химических, радиационных и динамических процессов с использованием современных подходов, методов расчетов, обеспечивающих комплексный учет всех взаимодействующих компонентов в глобальном и региональном масштабах. Для описания большинства процессов (быстрые химические реакции, турбулентный перенос, источники и стоки) необходимо описания синхронных изменений составляющих всех связанных химических и динамических переменных.

Пространственно-временное распределение метеорологических параметров, определяющих погоду и качество воздуха в атмосфере определяется совокупностью протекающих совместно и взаимосвязанных фотохимических, динамических и радиационных процессов.

Модели метеорологических исследований и прогнозирования предназначены для численного прогноза погоды (ЧПП) и атмосферных исследований, т.е. являются системами моделирования, используемыми как для научных исследований, так и для оперативного применения. Развитие моделей численного прогноза погоды повлияло на создание следующего поколения мезомасштабных моделей прогноза погоды, климата и качества воздуха.

Модели численного прогноза погоды имеют гибкий, современный, портативный код, который является эффективным в вычислительных средах, начиная от массивно-параллельных компьютеров до ноутбуков. Их модульный, исходный код может быть настроен как для научных исследований, так и оперативного применения. Спектр физических и динамических ссылок моделей численного прогноза погоды отражает опыт и вклад широкого научного сообщества. Система вариационной ассимиляции данных в моделях численного прогноза погоды может включать множество типов наблюдений в поисках оптимальных начальных условий, тогда когда модельные уравнения предоставляют возможности для моделирования качества воздуха.

Модели численного прогноза погоды сохраняются и поддерживаются прогностическим сообществом для содействия широкому использованию научных исследований, оперативных работ и обучения. Они подходят для широкой области приложений в различных масштабах, начиная от больших вихрей к глобальным прогнозам. Такие приложения включают режим реального времени ЧПП, данные развития ассимиляции и исследования, параметризованные физические исследования, региональные климатические симуляции, моделирование качества воздуха, атмосферы и океана, идеализированные симуляции. На момент написания данной работы, число зарегистрированных пользователей.

Назад

Наши разработки

  • Среднесрочный прогноз химического состояния атмосферы

  • Модель химической трансформации и переноса примесей геосферы

  • Модели взаимодействия химических и физических процессов в геосфере

  • Модельная ассимиляция данных о химическом составе геосферы

  • Аппаратно-программный комплекс «Химическая погода»