Объединение моделей верхней и нижней атмосферы К.Е. Белоушко Мурманский государственный технический университет, кафедра физики [email protected] На данный момент существует необходимость создания единой численной модели газовой оболочки Земли, которая позволила бы продвинуться в изучении глобальной электрической цепи, метеорологического влияния на нижнюю ионосферу, атмосферных приливов, акустико-гравитационных волн, стратосферной аномалии и других геофизических явлений. Своевременность и актуальность объединения моделей подтверждается тем, что на данный момент такая работа ведётся в нескольких научных центрах (например, в США разрабатываются метамодели WACCM-X, WAM и SWMF, в Канаде - CMAM, в Германии – HAMMONIA, в Японии - Kyushu GCM). Поэтому представляется необходимым вывести и отечественные атмосферные модельные исследования на современный мировой уровень, на котором наметилась главная тенденция – стремление к построению метамоделей. Для построения объединённой модели за основу взята модель верхней атмосферы UAM (Upper Atmosphere Model), изначально созданная в Западном Отделении ИЗМИРАН (г. Калининград), а затем развивавшаяся в ПГИ КНЦ РАН и МГТУ (г. Мурманск). UAM является на сегодняшний день наиболее продвинутой и перспективной отечественной моделью верхней атмосферы. В модели UAM численно интегрируется система квази-гидродинамических уравнений, описывающих законы сохранения частиц, импульса и энергии (уравнения непрерывности, движения и теплового баланса). В совокупности с ними в модели решается уравнение для потенциала электрического поля магнитосферного и термосферного динамопроисхождения. В зависимости от характера описываемых процессов используются геомагнитные сферическая и дипольная системы координат. В качестве модели нижней атмосферы выбрана модель общей циркуляции атмосферы и океана ИВМ РАН (г. Москва), находящаяся по своему качеству на уровне лучших современных моделей прогноза погоды и климата. Она основана на решении системы полных нелинейных уравнений гидротермодинамики атмосферы в криволинейной сигмасистеме координат (т.е. высотной координатой является отношение давлений на данном уровне к приповерхностному). Объединение моделей UAM и ИВМ РАН позволит не только получить единую модель атмосферы Земли, но и при этом устранить неопределённости, связанные с заданием верхних граничных условий при моделировании погодной области и с заданием нижних граничных условий при моделировании процессов в верхней атмосфере. В ходе проведенного анализа проблемы предложен следующий алгоритм объединения моделей: на перекрываемом обеими моделями интервале высот (60-90 км) осуществляется итерационный обмен граничными условиями, в котором решения из модели 1 используются в качестве нижних граничных условий для модели 2, а полученные после этого решения модели 2 используются в качестве верхних граничных условий для модели 1, после чего процедура повторяется до получения заданной сходимости решения к единому в перекрывающейся области. Реализация описанного алгоритма потребует решения ряда вспомогательных задач и, прежде всего, унификации объединяемых моделей на перекрывающемся интервале высот в части пространственных сеток, временных шагов интегрирования и рассчитываемых в узлах сеток параметров. Для этих целей разрабатывается программная процедура «переходник», в задачи которой входит интерполяция параметров моделей из вертикальной сигма- координаты в метрическую и из географической в геомагнитную и соответственно обратно, вычисление таких параметров как давление и концентрации малых газовых компонент. Автор благодарит за полезные дискуссии и предоставленные модельные данные А.А. Намгаладзе и Е.М. Володина.