Труды КНЦ (Естественные и гуманитарные науки вып.2/2023(2))

На высотах более 20 км линии поглощения атмосферных газов становятся очень узкими, а коэффициент молекулярного поглощения очень быстро изменяется при изменении частоты. Для гарантированного достижения точности 1 % и лучше при расчетах поля излучения разрешение по частоте должно составлять примерно 0,001 см-1. Расчеты с таким высоким разрешением по частоте называются полилинейными или эталонными (Line-by-Line) и требуют столь больших вычислительных затрат, что их нельзя использовать в моделях общей циркуляции атмосферы в настоящее время и в обозримом будущем. Во всех вышеупомянутых моделях применяются методы быстрого расчета потоков излучения, основанные на замене реальной зависимости коэффициента молекулярного поглощения от частоты на более удобную для расчетов модельную зависимость. При этом узкие спектральные каналы, лежащие в достаточно большом частотном интервале, по определенному алгоритму объединяются в группы так, чтобы у каналов из одной группы оптические параметры атмосферного газа были близки между собой. Каждая группа заменяется на один широкий модельный канал. В итоге несколько миллионов узких спектральных каналов заменяются на несколько десятков или несколько сотен модельных каналов. Процедуру построения указанных модельных каналов называют построением параметризации молекулярного поглощения. Для проверки точности построенной параметризации результаты расчета поля излучения в модельных каналах сравниваются с результатами эталонных расчетов, в которых шаги сетки по частоте в несколько раз меньше полуширины контуров линий поглощения атмосферных газов на верхней границе области моделирования. Отметим, что при построении параметризаций молекулярного поглощения для расчета поля излучения на высотах 0 -70 км нужно учитывать, что ниже высоты 15 км вклад водяного пара в коэффициент молекулярного поглощения является существенным, а вклад озона мал, а выше высоты 20 км снижается вклад водяного пара и возрастает вклад озона. По этой причине спектры поглощения на малых и больших высотах существенно отличаются. В радиационных блоках всех вышеупомянутых моделей применяются параметризации, обеспечивающие хорошую точность (в пределах 0,5 К/сутки) расчетов скоростей нагрева-выхолаживания атмосферы только на высотах до 20 км в безоблачной атмосфере.На высотах более 25 км точность указанных параметризаций существенно ухудшается из-за того, что при построении этих параметризаций не учитывались различия спектров поглощения в средней и нижней атмосфере. Другой недостаток радиационных блоков существующих моделей заключается в том, что в них при численном решении уравнения переноса излучения используется двухпотоковое приближение, которое заведомо не может обеспечить приемлемую точность расчета при наличии облачных слоев. К р атк о е описание текущ ей версии модели Динамическое ядро нашей модели описано в работе (Четверушкин и др., 2018) и основано на численном интегрировании полной системы уравнений динамики сжимаемого вязкого атмосферного газа на пространственной сетке с высоким разрешением с помощью явной консервативной схемы, которая имеет 2-й порядок точности по времени и 3-й по пространственным переменным. В модели учитываются рельеф земной поверхности и используется равномерная сетка по высоте с шагом 200 м а также специальная сетка по широте и долготе, которая является комбинацией нескольких широтно-долготных сеток с постоянным шагом. У всех сеток шаг по широте одинаков и составляет 15/32° (384 узла по широте). Ближайшие к полюсам узлы сетки удалены от полюсов по широте на половину шага. Максимальный шаг сетки по долготе используется вблизи полюсов на расстоянии по широте менее 1,5°. Когда расстояние по широте от ближайшего полюса лежит в пределах от 1,5 до 3°, используется шаг сетки по долготе в 2 раза меньше, чем вблизи полюсов. Когда расстояние по широте от ближайшего полюса лежит в пределах от 3 до 7°, используется шаг сетки по долготе в 4 раза меньше, чем вблизи полюсов. Когда расстояние по широте от ближайшего полюса лежит в пределах от 7 до 15°, используется шаг сетки по долготе в 8 раз меньше, чем вблизи полюсов. Когда расстояние по широте от ближайшего полюса лежит в пределах от 15 до 30°, используется шаг сетки по долготе в 16 раз меньше, чем вблизи полюсов. Когда расстояние по широте от ближайшего полюса превышает 30°, используется шаг сетки по долготе в 32 раза меньше, чем вблизи полюсов. В текущем варианте этот шаг составляет на низких широтах 15/32° (768 узлов по долготе). Описанная сетка не имеет сильного сгущения узлов вблизи полюсов. Верхняя граница области моделирования была расположена на высоте 85 км над уровнем океана. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2023. Т. 2, № 2. С. 86-93. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Natural Sciences and Humanities. 2023. Vol. 2, No. 2. P. 86-93. © Орлов К. Г., Мингалев И. В., Федотова Е. А., Мингалев В. С., 2023 88