ИСТИНА

В докладе представлен обзор проблемы моделирования атмосферного пограничного слоя (АПС) и его параметризации в моделях Земной системы. Недостаточное знание о процессах взаимодействия АПС с горизонтально-неоднородной подстилающей поверхностью суши (в том числе, при наличии водоемов и лесных массивов) при различных условиях стратификации является в настоящее время одним из основных факторов, ограничивающих качество технологий прогноза погоды и экспертных моделей климата и его изменений. Важно также и то, что в изменениях климата, помимо термодинамического режима суши, значительную роль играет углеродный цикл ее деятельного слоя, где ключевое значение имеют лесные экосистемы (обмен углекислым газом) и увлаженные территории (обмен метаном). По мере совершенствования климатических моделей (за счет отказа от гидростатического приближения и, особенно, по достижении высокого пространственного разрешения), традиционные параметризации атмосферного пограничного слоя перестают быть приемлемыми. Главные их недостатки – неприменимость к экстремальным условиям стратификации и к течениям над сложными поверхностями – не удается устранить, оставаясь в рамках классической теории, т.е. с помощью уточнения функций подобия или введения дальнейших поправок в традиционные турбулентные замыкания уравнений, осредненных по Рейнольдсу. Необходимы новые подходы к разработке параметризаций, которые должны опираться как на результаты вихреразрешающего и прямого численного моделирования турбулентных процессов в атмосферном пограничном слое, так и на данные специализированных натурных экспериментов. При больших скоростях ветра поверхность суши является одним из источников аэрозоля в атмосфере, поскольку при определенных условиях частицы почвы могут выноситься в атмосферу (например, при пыльных бурях или пылевыми смерчами) и находиться в потоке во взвешенном состоянии. Над заснеженными поверхностями возникают низовые метели и бури, происходит поднятие в воздух большого количества снежных частиц и наблюдается значительный горизонтальный перенос снега. В водоемах развитие поверхностного волнения приводит к тому, что в штормовых условиях не только меняется шероховатость поверхности, но и возникает приповерхностный слой с большим количеством капель воды. Необходимы теоретические и экспериментальные исследования турбулентной динамики и структуры атмосферного пограничного слоя над термически и орографически неоднородной подстилающей поверхностью; процессов взаимодействия турбулентности и взвешенных частиц в атмосферном пограничном слое (образование двухфазных стратифицированных турбулентных течений); термического режима, динамики парниковых газов и энерго-массообмена в системе «пограничный слой атмосферы – деятельной слой суши/водоем». На это направлен проект, поддержанный грантом РНФ № 17-17-01210. В докладе представлены некоторые результаты, полученные в ходе реализации его первого этапа.