ИСТИНА

В докладе обсуждается оценка воспроизведения турбулентного перемешивания в пограничном слое атмосферы и океана различными одномерными параметризациями. Рассматриваются замыкания нулевого и первого порядка, а также замыкания, используемые в современных моделях прогноза погоды и климата. Показано, что основные ошибки в воспроизведении устойчиво- стратифицированных пограничных слоев связаны с определением турбулентных масштабов длины и времени или скорости диссипации кинетической энергии турбулентности. Предложено релаксационное уравнение относительно волнового числа для полуэмпирических замыканий геофизической турбулентности. Численные эксперименты показывают, что такой подход при задании равновесного состояния согласованного с теорией подобия Монина-Обухова позволяет точнее воспроизвести основные характеристики слабо-нестационарных устойчиво- стратифицированных пограничных слоев. Допускается возможность уточнения замыкания за счет задания равновесных состояний и релаксационных соотношений по данным прямого и вихреразрешающего моделирования. Традиционное уравнение для скорости диссипации кинетической энергии турбулентности можно рассматривать как аппроксимацию предложенного релаксационного уравнения для устойчиво-стратифицированных течений, находящихся в состоянии квази- равновесия. Такая связь позволяет соотнести выбор эмпирических констант в уравнении для скорости диссипации с заданием равновесного состояния и релаксационного временного масштаба. Оценена роль функций устойчивости, использующихся в параметризации турбулентного перемешивания. Проанализирована связь между определяемой ими зависимостью турбулентного числа Прандтля от устойчивости и воспроизводимыми замыканием характеристиками ПС. Оценка производилась с использованием обширного набора данных численных экспериментов с DNS (прямое числовое моделирование), LES (моделирование больших вихрей) моделями, а так же данных наблюдений и лабораторных экспериментов. Представлена разрабатывая вычислительная технология, Технология включает реализацию замыканий, используемых в распространенных моделях атмосферы и океана; дополняется данными измерений, прямого и вихреразрешающего моделирования для их верификации; обеспечивает возможность расширения набора турбулентных замыканий и баз данных для сравнения как разработчиками технологии, так и ее пользователями. Предлагаемая технология позволяет упростить постановку и решение исследовательских задач о динамике пограничных слоев, ускорить разработку новых моделей и может быть востребована сообществом разработчиков глобальных океанских и атмосферных моделей для независимой проверки процедур турбулентного переноса.