Вариации структуры снежно

УДК 551(06) Моделирование физических процессов в окружающей среде
О.В. НАГОРНОВ, Е.С. СОКОЛОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ВАРИАЦИИ СТРУКТУРЫ СНЕЖНО-ФИРНОВОЙ
ТОЛЩИ ЛЕДНИКОВ
В работе исследовано влияние параметров теории Монина-Обухова, входящих
в постановку условия на границе снег-атмосфера, на процесс формирования снежно-фирновой толщи (СФТ).
Ледники формируются в результате превращения свежевыпавшего
снега в фирн, а затем в сплошной лед. Исследование внутренней структуры ледников позволяет изучать климат прошлого и предсказывать его
термодинамическое состояние в будущем. Ранее была представлена одномерная модель СФТ, позволяющая моделировать образование годовых
слоев в ледниках [1]. В настоящей работе проведено исследование влияния параметров, которые входят в постановку краевого условия на границе снег-атмосфера, на структурные изменения СФТ. Анализ основан на
теории подобия Монина-Обухова. В общем виде это условие можно записать следующим образом [2]:
k f
T
x
  s (T K
x 0
)4   a TaK   (1   ) I (t )  Fsens  Flat ,
4
x 0
где Fsens и Flat – турбулентные потоки явного и скрытого тепла, TaK –
температура воздуха в градусах Кельвина на высоте измерений (2 метра),
– температура на границе СФТ в градусах Кельвина,  – постоянTK
x 0
ная Стефана-Больцмана,  s и  a – излучательная способность снега и
атмосферы соответственно,  – альбедо поверхности СФТ.

Fsens  a c p Cl ua T K
 0.622 esat
Flat  a Cl Lsub ua 

p

x 0
 TaK

 0.622esat  

  ,
p

a 
x 0
где a – плотность воздуха на высоте 2 м., c p – теплоемкость воздуха,
ua – скорость ветра на высоте 2 м., Lsub – удельная теплота сублимации,
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 5
116
УДК 551(06) Моделирование физических процессов в окружающей среде
esat – насыщающее давление водяного пара, p – давление воздуха, Cl –
коэффициент переноса.
Cl 
k2
,
[ln( x xsurf )  m ( x l )][ln( x xsurf )  h ( x l )]
где k – постоянная Кармана, x – высота измерений (2 м.), xsurf – параметр шероховатости, l – длина Монина-Обухова,  m и  h – универсальные функции.
u*3 T K
a c p
x 0
l
,
kgFsens
Температура, C
где u* – скорость трения, g – ускорение свободного падения.
В данное граничное условие
0
входят несколько параметров:
альбедо поверхности СФТ, температура и давление воздуха, ско-2
рость ветра. Для изучения их влияния на результаты моделирования СФТ была проведена серия
-4
численных расчетов с использованием данных, полученных на леднике Григорьева в период с 1991
Exeperiment
-6
Albedo 75%
по 2003 годы, а также данные меAlbedo 95%
теостанции расположенной рядом.
На рисунке приведен график зави-8
0
5
10
15
20
симости температуры СФТ от глуГлубина, м
бины при различных значениях
альбедо поверхности СФТ.
25
Список литературы
1. Sergienko O.V., Sokolov E.S., Nagornov O.V. A one dimensional model for the annual
snow-firn layer structure // Научная сессия МИФИ-2003. Cб. науч. тр. В 13 т. М.: МИФИ, 2003.
Т. 5. С. 78-79.
2. Jordan R., Andreas E. Heat budget of snow-covered sea ice at North Pole 4 // Journal of geophisical research. 1999. Vol. 104. № C4. Р. 7785-7806.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 5
117