Вестник Кольского научного центра РАН. 2018, № 3.

И. В. Мингалев, К. Г. Орлов, В. С. Мингалев странах в течение последних четырех десятилетий (см., например, работы [1-8]). В Полярном геофизическом институте также была разработана математическая модель общей циркуляции земной атмосферы, которая неоднократно усовершенствовалась и использовалась для исследования системы горизонтального и вертикального ветра в нижней и средней атмосфере Земли. В первоначально разработанном варианте модели, который был впервые описан в работе [9], считалось, что земная поверхность является сферической. Позже модель была усовершенствована таким образом, что в ней земная поверхность стала являться поверхностью сплюснутого с полюсов эллипсоида вращения [10], что лучше соответствует реальности. Затем модель была усовершенствована за счет учета самосогласованного теплового режима, и разные варианты модели использовались для исследования глобальной циркуляции земной атмосферы [11-17], однако в них земная поверхность считалась гладкой. Совсем недавно модель была усовершенствована за счет учета в ней рельефа поверхности Земли [18]. Именно этот вариант модели, учитывающий рельеф планеты, используется в настоящей работе. Математическая модель Математическая модель общей циркуляции земной атмосферы, используемая в настоящей работе, основывается на решении системы нестационарных трехмерных уравнений переноса, которая включает в себя уравнения Навье — Стокса для сжимаемого вязкого газа, а также уравнения неразрывности и теплопроводности для него. Модель позволяет рассчитывать трехмерные глобальные распределения зональной, меридиональной и вертикальной компонент скорости ветра атмосферного газа, его температуры и плотности на уровнях нижней и средней атмосферы Земли. Рассчитываемая в модели вертикальная скорость газа находится не из условия гидростатического равновесия, как это делается в большинстве моделей атмосферной циркуляции, а путем численного решения полного уравнения движения для вертикальной составляющей скорости без пренебрежения какими-либо членами. Поэтому применяемая численная модель является негидростатической, что позволяет получать с ее помощью более точные результаты, чем с использованием аналогичных гидростатических моделей. В применяемом варианте математической модели температура воздуха определяется путем решения уравнения теплопроводности для него. При вычислении входящей в это уравнение удельной мощности нагрева-охлаждения атмосферного газа за счет поглощения-испускания электромагнитного излучения использовано релаксационное приближение, в котором эта удельная мощность считается пропорциональной разности между рассчитываемой температурой и так называемой релаксационной температурой, которая задается. В качестве последней берется глобальное распределение температуры, определяемое по эмпирической модели NRLMSISE-00 [19]. Метод конечных разностей применяется для численного решения моделирующих уравнений, и при этом используется нерегулярная треугольная сетка в пространстве географических координат широта-долгота. Шаги сетки по долготе и широте задаются одинаковыми и равными 0,47°, по высоте шаг сетки равен 200 м. Математическая модель позволяет рассчитывать зависящие от времени трехмерные распределения газодинамических параметров атмосферы в слое, окружающем Землю глобально и простирающемся от ее поверхности до сферы, проходящей через уровень 75 км над поверхностью океана на экваторе. Считается, что Земля имеет форму сплюснутого с полюсов эллипсоида вращения. Граничные условия задаются таким образом, чтобы выполнялся закон сохранения массы в области расчетов. Подробное описание применяемой математической модели можно найти в работах [17, 18]. Результаты расчетов и их обсуждение В настоящей работе представляются и обсуждаются результаты расчетов системы ветров в земной арктической атмосфере, полученные при помощи двух вариантов описанной выше математической модели, в первом из которых поверхность Земли считается гладкой, а во втором, недавно усовершенствованном, варианте модели учитывается рельеф земной поверхности. 94 http://www. naukaprint.ru/zhurnaly/vestnik/