С целью моделирования общей циркуляции атмосферы и исследования крупномасштабных динамических процессов сотрудниками Лаборатории O3Lab используется 3-мерная нелинейная механистическая численная модель общей циркуляции средней и верхней атмосферы «МСВА». Модель является развитием модели COMMA-LIM (Cologne Model of the Middle Atmosphere – Leipzig Institute for Meteorology).
Основные рассчитываемые моделью параметры включают зональную, меридиональную, и вертикальную компоненты скорости, геопотенциал, и температуру. Шаги горизонтальной сетки модели составляют 5,625⁰ по долготе и 5⁰ по широте. При расчетах различных характеристик атмосферной циркуляции используются версии модели с 48 и 56 уровнями по высоте, соответствующие высотным диапазонам от поверхности Земли до 135 и 300 км, соответственно.
Основные особенности модели:
- Радиационный блок МСВА учитывает изменяющееся в течение дней и сезонов нагревание атмосферы в ультрафиолетовой и видимой областях спектра от 125 до 700 нм, а также охлаждение в 8; 9,6; 14 и 15 мкм полосах инфракрасного излучения.
- В термосферу включена параметризация нагрева в области экстремального ультрафиолета (УФ). Учтено ионное торможение, молекулярная вязкость и теплопроводность, а также турбулентная диффузия.
- Модель МСВА может воспроизводить планетарные волны (ПВ). Амплитуды квазистационарных ПВ на нижней границе рассчитываются на основе неоднородностей геопотенциальных высот в нижней атмосфере. Для воспроизведения распространяющихся ПВ в МСВА используются дополнительные слагаемые в уравнении теплового баланса, имеющие форму зависящих от времени синусоидальных гармоник.
- МСВА включает трехмерное распределение озона, которое учитывает многолетние климатические долготные неоднородности на основе объединения информацию из трех баз данных: проекта ERA_40 Европейского центра среднесрочного прогноза погоды, данные GOME (Global Ozone Monitoring Experiment), а также модели «Berlin Ozone Model».
- Предусмотрена возможность изменения альбедо подстилающей поверхности. Погодные изменения и облачность в тропосфере не моделируются.
С детальным описанием МСВА можно ознакомиться в представленных ниже работах:
Gavrilov, N.M., Koval, A.V., Pogoreltsev, A.I., Savenkova, E.N. 2015. Simulating influences of QBO phases and orographic gravity wave forcing on planetary waves in the middle atmosphere. Earth Planets Space, 67:86 OI 10.1186/s40623-015-0259-2
Koval, A.V., Chen, W., Didenko, K.A., Ermakova, T.S., Gavrilov, N.M., Pogoreltsev, A.I., Toptunova, O.N., Wei, K., Yarusova, A.N., Zarubin, A.S. (2021) Modelling the residual mean meridional circulation at different stages of sudden stratospheric warming events // Ann. Geophys., 39, 357–368, DOI: 10.5194/angeo-39-357-2021
Pogoreltsev, A. I., Vlasov, A. A., Fröhlich, K., Jacobi, Ch. (2007). Planetary waves in coupling the lower and upper atmosphere // J. Atmos. Solar-Terr. Phys. 69, 2083−2101. DOI: 10.1016/j.jastp.2007.05.014
