Вестник Кольского научного центра РАН. 2018, № 3.

Численное моделирование циркуляции нижней и средней арктической атмосферы и влияния Как показали модельные расчеты, на высотах нижней и средней атмосферы Северного полушария существуют горизонтальные области, в частности располагающиеся над горными массивами, в которых различия в величинах горизонтальной и вертикальной компонент скорости воздушных масс, рассчитанных с учетом и без учета рельефа земной поверхности, возрастают с повышением высоты. Этот факт кажется удивительным, так как при этом увеличивается расстояние от самих гор, являющихся причиной этих различий. Объяснение этого удивительного факта заключается, по-видимому, в следующем. Горизонтальные потоки воздуха, набегающие на горные массивы, порождают возмущения в виде вертикальных потоков над горами. Поскольку плотность атмосферы убывает с высотой, то эти возмущения увеличиваются по амплитуде с возрастанием высоты. Поэтому полученные в модельных расчетах различия в величинах вертикальных скоростей, рассчитанных с учетом и без учета рельефа земной поверхности, оказались возрастающими с повышением высоты. А поскольку вертикальные скорости существенно влияют на пространственные распределения горизонтальных скоростей, то и последние из упомянутых распределения претерпевают изменения, увеличивающиеся с высотой. Благодаря именно вертикальным движениям атмосферного газа осуществляется влияние рельефа земной поверхности на глобальную циркуляцию средней атмосферы. Заключение То, что рельеф земной поверхности оказывает влияние на систему ветров в самых нижних слоях атмосферы, является очевидным фактом, поскольку существуют горные массивы, достигающие высот в несколько километров. Более сложным является вопрос о том, как влияет рельеф земной поверхности на циркуляцию тех слоев атмосферы, которые располагаются выше самых высоких гор. Изучению именно этого вопроса для арктической атмосферы посвящена настоящая работа, в которой для этого исследования применяется метод математического моделирования. Использована негидростатическая математическая модель горизонтального и вертикального ветра в нижней и средней атмосфере Земли, которая была ранее разработана в Полярном геофизическом институте. Данная модель основывается на решении системы нестационарных трехмерных уравнений переноса для атмосферного газа и позволяет рассчитывать пространственно трехмерные распределения газодинамических параметров атмосферы на высотах до 75 км. Для исследования влияния рельефа планеты на циркуляцию арктической атмосферы были проведены расчеты для двух различных вариантов. В первом варианте рельеф планеты учитывался, во втором, напротив, земная поверхность считалась гладкой. Расчеты проводились для зимнего периода в Северном полушарии (для условий января). Результаты численного моделирования показали, что главный фактор, который влияет на формирование горизонтальной циркуляции арктической атмосферы, — это пространственная неоднородность распределения температуры атмосферного газа, благодаря которой, в частности, возникает циркумполярный циклон в зимний период в Северном полушарии. Результаты расчетов также показали, что рельеф планеты должен оказывать заметное влияние на пространственные распределения скорости горизонтального ветра в атмосфере Земли не только в прилегающем к земной поверхности слое атмосферы, но и на вышележащих уровнях средней атмосферы. Это воздействие осуществляется благодаря возмущениям вертикальных движений атмосферного газа, которые возникают в приземном слое в результате взаимодействия набегающих горизонтальных ветров с горными массивами. Возникшие возмущения вертикальных движений передаются вверх, причем их амплитуды возрастают с высотой вследствие происходящего при этом уменьшения плотности атмосферы. Возмущенные вертикальные движения атмосферного газа приводят к изменениям горизонтальной циркуляции атмосферы в имеющих ощутимые размеры областях, причем эти изменения увеличиваются с возрастанием высоты. ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2018 (10) 99