Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

МОДЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ КОМПАНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ С УЧЕТОМ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ

Айдосов А. , Айдосов Г. А., Заурбеков Н. С.,

2.4.8. Расчет радиационного притока тепла

Радиационный приток тепла для глобального варианта предполагается рассчитывать по модели «серой» атмосферы с использованием схемы Марчука [117]. Эта схема предусматривает прямое численное интегрирование уравнении радиационного переноса, в отличие от методов использующих функции пропускания [284]. Уравнения переноса длинноволновой радиации представляются в конечных разностях относительно дивергенции радиационных потоков , где ,  – радиационные потоки снизу и сверху, соответственно. Получающееся при этом разностное уравнение имеет трехточечную структуру и решается методом обычной прогонки. Коэффициенты уравнения зависит от коэффициентов поглощения и плотности таких субстанции как водяной пар, водные капли, озон, углекислый газ.

Прямая солнечная радиация вычисляется из уравнения:

(2.184)

где ρs – плотность поглощающих субстанции; α′ – коэффициент поглощения; υ – зенитный угол Солнца.

При наличии облачности, предполагалось, что солнечная радиация полностью поглощается в облачном слое. После определения u и S находится радиационный приток тепла на каждом уровне l:

где B* = σT4; σ – постоянная Стефана-Больцмана; αl – суммарный коэффициент поглощения длинноволновой радиации.

Указанная модель расчета u была проверена на материале сравнительных наблюдений различных типов радиометрозондов, опубликованных ВМО [243]. Там же приведены расчеты длинноволнового излучения по более точной, спектральной модели [284]. В расчетах по схеме Марчука были сделаны следующие предположения:

1. Вертикальное распределение озона задано климатическим.

2. Плотность CO2 рассчитывается по формуле:

3. Распределение плотности водяного пара вычислялось следующим образом:

где RW – газовая постоянная для водяного пара; m – отношение смеси.

4. С помощью диаграммы определялись границы облачного слоя и плотность водных капель находилась из предположения, что вся влага в облачном слое конденсируется [251].

5. S0 = 1,98 кал∙см–1мин–1.

В модели «серой» атмосферы важное место занимает подбор оптимальных значений коэффициентов поглощения.

В результате большого числа экспериментов были подобраны средние коэффициенты поглощения для четырех поглощающих субстанции (пар, вода, озон, CO2). Для αc имеет место соотношение:

где ρi – плотность i-й поглощающей субстанции; ρi  – соответствующий ей массовый коэффициент поглощения.

Для были выбраны следующие значения: водяной пар
водные капли озон CO2

В наших расчетах облачные слои практически учитывались интегрально и конечно, не ставилась цель получить тонкие структуры потоков радиации в окрестностях облаков и они могут быть подкорректированы соответствующим подбором коэффициентов рассеяния αs.

Таким образом, следует сделать вывод о принципиальной пригодности интегральной модели для описания радиационной структуры атмосферы. Учитывая ее относительную простоту, можно надеяться на эффективность использования такой модели численных схемах долгосрочных прогнозов погоды.

Таблица 31

Сравнение V в кал∙см2∙мин–1 для многоуровневой (А) и 5-уровневой (В) радиационной модели

Для того чтобы выяснить, насколько существенно скажется на результатах вертикальное разрешение, были проведены расчеты по многоуровневым и 5-уровневым данным модели атмосферы. Сравнение двух случаев (табл. 31) показало, что различия несущественны, и 5-уровневая модель достаточно хорошо описывает вертикальное распределение u .