ИСТИНА

Определение ключевых физических процессов и механизмов, ответственных за спектральный перенос кинетической и доступной потенциальной энергии в широком диапазоне пространственных масштабов (от общей циркуляции до мелкомасштабной турбулентности), является фундаментальной проблемой современной физики атмосферы. Исследование спектральной структуры многомасштабной атмосферной турбулентности удобно проводить на основе использования иерархии математических моделей турбулентности: трехмерной, мезомасштабной и квазидвумерной, соответственно. В докладе представлены некоторые результаты такого рода исследования. С помощью вихреразрешающей модели исследована термическая конвекция Рэлея-Бенара в двояко-периодическом канале с твердыми стенками как аналог многомасштабной атмосферной турбулентности. "Мезомасштабное" отношение его горизонтальных размеров к вертикальному обеспечило существование квазидвумерных крупномасштабных компонент течения, а размер равномерной расчетной сетки в несколько десятков миллионов узлов дал возможность явно воспроизвести динамику мелкомасштабной трехмерной турбулентной составляющей. Декомпозиция изучаемого турбулентного течения на баротропную и бароклинную составляющие позволила предложить схему преобразований кинетической энергии в данной системе, объясняющую некоторые спектральные свойства наблюдаемой атмосферной турбулентности. Спектральный анализ результатов расчетов устойчиво стратифицированных турбулентных течений над поверхностями с явно заданными элементами шероховатости позволил выделить характерные масштабы флуктуаций, ответственных за перенос импульса по вертикали. Обнаружено, что спектры дисперсии скорости в коротковолновом диапазоне можно привести к универсальному виду с использованием масштабов, соответствующих локальным значениям масштаба Обухова на заданной высоте. Спектральный диапазон, в котором такая универсальность достигается, соответствует инерционному интервалу с распределением по закону k^(-5/3), где k - горизонтальное волновое число. По результатам численных экспериментов с моделью общей циркуляции атмосферы ИВМ РАН высокого пространственного (1° по широте, 1.25° по долготе и 128 уровней по вертикали) получены спектральные распределения кинетической и доступной потенциальной энергии. Они характеризуются тем, что на больших масштабах соответствуют закону k^(-3), а в мезомасштабной части спектра - распределению k^(-5/3) . При этом граница перехода от одного распределения к другому находится вблизи масштаба 1000 км. По сравнению с моделями более грубого разрешения, такое распределение лучше соответствует данным наблюдений. Лучше модель воспроизводит и мезомасштабный интервал атмосферной турбулентности, однако диапазон соответствующих волновых чисел недостаточно широк вследствие все еще довольно грубого разрешения и дефектов описания процессов подсеточного масштаба.