Физико-математическое моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Е. Мачульская Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. - презентация

1 Физико-математическое моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Е. Мачульская Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В.Ломоносова

2 План сообщения Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Введение Обзор существующих методов Одномерные численные эксперименты Эксперименты с помощью ОЦА (AMIP) Дальнейшие направления исследования

3 Введение Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Модель общей циркуляции атмосферы ИВМ РАН (горизонтальное разрешение 4х5 градусов, 21 уровень по вертикали, шаг по времени: динамика + физика атмосферы 12 минут, физика подстилающей поверхности 1 час, радиация 3 часа) Физика подстилающей поверхности: модель «почва-растительность-снег-приземный слой атмосферы» (23 уровня в почве, 4 уровня в снеге, шаг по времени 30 мин) Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Территория, занимаемая многолетней мерзлотой, составляет четверть поверхности суши (Zhang, 1999; Lewkowicz, 1991). Северные экосистемы – наиболее уязвимы при глобальном изменении климата (Houghton et al., 1996). Площадь, занимаемая многолетней мерзлотой, будет сокращаться, а глубина активного слоя увеличиваться (IPCC, 2001). Экосистемы: от поглощения углерода – к его эмиссии (?).

4 Обзор существующих методов Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Индексы: Нечаев (1981) Демченко и др. (2002) Константинов и др. (2006) Исследование поведения одномерных моделей почвы по отношению к воспроизведению свойств мерзлых грунтов: Romanovsky, Osterkamp (1997) Малевский-Малевич и др. (2000) Beringer et al. (2001) Глобальные расчеты с помощью одномерных моделей почвы, на вход – результаты расчетов по ОЦА: Анисимов, Нельсон (1997) Малевский-Малевич и др. (2001) Zhuang et al. (2001) Аржанов и др. (2007) Сравнение моделей: Малевский-Малевич и др. (2007) Павлова и др. (2007) Полные модели ОЦА: Lawrence & Slater (2007) (CLM) Yamaguchi et al. (2005) (MRI)

5 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Одномерные эксперименты Якутск, , метеоинформация каждые 3 часа Контрольный: λ T Возмущенный : λ T *4 Температура (сухой) почвы на глубине 10 м

6 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Одномерные эксперименты: коэффициент теплопроводности

7 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Одномерные эксперименты: коэффициент теплопроводности Температура (сухой) почвы на глубине 2 мТемпература (сухой) почвы на глубине 10 м Глубина активного слоя

8 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Одномерные эксперименты Вертикальный профиль температуры почвы

9 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Одномерные эксперименты: глубина расчетной области Ищем решение в виде Глубина активного слоя Температура (сухой) почвы на глубине 10 м Для сухой почвы при положительной температуре h 1.2 м, exp(z/h) = 10ˉ² z 6 м Для влажной мерзлой почвы h 6 м, exp(z/h) = 10ˉ² z 30 м

10 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Многолетняя мерзлота в модели ОЦА Среднее за 17 лет содержание льда в почве в августе, контрольный эксперимент (толщина «мха» 1 см) То же, толщина «мха» 8 см Наблюдаемое распространение многолетнемерзлых пород

11 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Многолетняя мерзлота в модели ОЦА

12 Научный семинар «Математическое моделирование геофизических процессов: прямые и обратные задачи», 15 мая 2008 Моделирование процессов взаимодействия атмосферы и криосферы Торфяники – самостоятельный тип почвы. Лесные сообщества: затенена поверхность почвы вечная мерзлота может существовать, даже если на прилегающей открытой территории ее нет. Оценка эмиссии метана. Сценарные эксперименты. Дальнейшие направления исследования

13 Спасибо за внимание!