Главная  Контакты  Карта сайта  Поиск  Индексный указатель  Географический указатель  Авторский указатель  Подсказка
ДАТА: 18 НОЯБРЯ, ПОНЕДЕЛЬНИК
Единая система информации об обстановке в Мировом океане. Подпрограмма 10. Федеральная целевая программа «Мировой океан».
 Картинка региона или АРМа
esimo.oceanography.ru Северный Морской Путь / Ледовые условия / Характеристики льда / Дрейф льда / Методика расчета /
 ЛЕДОВЫЕ УСЛОВИЯ
Представление дрейфа и сжатий ледяного покрова с помощью модельных расчетов
Назад Начало Вперед  карта россии  Поиск  Индексный указатель  Географический указатель  Авторский указатель  Подсказка

Год:

К разряду опасных ледовых явлений возникающих на трассе Северного морского пути относятся такие характеристики динамики ледяного покрова, как интенсивный дрейф льда и ледовые сжатия. Инструментальных наблюдений за дрейфом льда на акватории арктических морей выполнено крайне мало, а наблюдения за сжатиями льда осуществлялись только визуально. Кроме того, оба вида этих наблюдений носят эпизодический характер и их результаты не могут быть использованы для режимных обобщений. В связи с этим, как и было запланировано, для оценки этих характеристик была использована численную модель совместной динамики воды и льда, разработанную в Арктическом и Антарктическом НИИ и хорошо зарекомендовавшую себя в практике оперативной работы Центра ледовой и гидрометеорологической информации ААНИИ.

Общая модель совместной динамики воды и льда включает в себя двумерную модель штормовых нагонов с членами, учитывающими трение льда о воду:

Ф1 - Дрейф ,
Ф2 - Дрейф ,

и модель дрейфа ледяного покрова

Ф3 - Дрейф ,
Ф4 - Дрейф ,

где t – время; Ф5 - Дрейф – вектор полного потока;

Ф6 - Дрейф – параметр Кориолиса;

g – ускорение силы тяжести;

z – отклонение уровня от невозмущенного состояния;

Pa – атмосферное давление;

r – плотность воды;

Ф7 - Дрейф – тангенциальное трение на границах раздела воздух–вода, воздух–лед, лед–вода, вода–дно соответственно;

Ф10 - Дрейф – поверхностная плотность льда;

рi – плотность льда; hi – толщина льда;

C – функция сплоченности;

Ф12 - Дрейф – силы внутреннего взаимодействия в ледяном покрове.


Тангенциальное напряжение на границах раздела лед–вода и вода–дно рассчитывались по традиционным зависимостям

Ф13 - Дрейф ,
Ф14 - Дрейф ,

где Ф15 - Дрейф ,

Rw = 5.5х 10–3 – коэффициент трения на границе раздела лед–вода,

Kw = 2.6х 10–3 – коэффициент трения на границе раздела вода–дно.


Тангенциальное напряжение на поверхности льда принималось равным тангенциальному напряжению на поверхности воды и вычислялось по зависимости вида

Ф16 - Дрейф ,

где W – скорость приводного ветра в м/с.


Для включения в модель сил внутреннего взаимодействия использовано приближение в форме

Ф17 - Дрейф ,

Ф18 - Дрейф ,

где l = h = 1010 см2/с – соответственно коэффициенты объемной и сдвиговой вязкости;

Kp = 10h – коэффициент сжатия.


На твердых границах области принимается условие непротекания. На жидких границах области для воды принимается условие излучения, для льда – условие свободного протекания.

В качестве начальных условий для воды и льда принимается состояние покоя, функция сплоченности задается в соответствии с реальным распределением льда. Толщина льда считается постоянной как во времени, так и в пространстве и принимается равной 2 м.

Расчетная область охватывает всю акваторию Северного Ледовитого океана, включая прибрежные моря Российской Арктики. Открытая граница области проходит в районе Гренландско-Исландского и Фарерско-Исландского порогов и, таким образом, достаточно далеко отстоит от районов арктических морей, чтобы исключить негативное влияние приблизительности условий, задаваемых на открытой границе. Шаг сеточной области составляет D x = D y = 55.56 км.

При конечно-разностной аппроксимации исходной системы уравнений члены с трением берутся для середины временного шага, пространственные производные заменяются центральными конечно-разностными аналогами, а временные – впереднаправленными разностными отношениями.

Расчет перераспределения льда осуществляется на основе метода расчета переноса с коррекцией потоков. При расчете сплоченности льда вводится условие остановки, в соответствии, с которым составляющие скорости дрейфа льда приравнивались нулю, если они были направлены внутрь ячейки с функцией сплоченности равной 1, а соответствующие составляющие скорости на противоположных сторонах ячейки оказывались равными нулю.

Исходной информацией для расчета по модели служат последовательности полей приземного атмосферного давления и информация о распределении припая и сплоченности дрейфующего льда на акватории расчетной области. Фактические и прогностические поля приземного атмосферного давления, рассчитываемые в Европейском Центре среднесрочных прогнозов погоды и передаваемые в коде GRID в узлах пятиградусной географической сетки с дискретностью 24 часа, интерполируются в узлы расчетной сетки с использованием алгоритма метода конечных элементов.


Скорость и направление ветра у поверхности воды вычисляются по зависимостям вида

W = k1Wg,

A = Ag – a

где Ф19 - Дрейф ,

Ф20 - Дрейф .

В результате вычислений моделируется временная изменчивость полей таких гидрометеорологических характеристик как:
* атмосферное давление на уровне моря;
* скорость и направление ветра у поверхности;
* сплоченность льда;
* скорость и направление дрейфа льда;
* сила сжатий;
* дивергенция скорости льда (разрежение льда);
* колебания уровня моря;
* скорость и направление средних по вертикали течений.

Все результаты расчетов представлены в картированном виде (рис. 1, 2) по отдельным его районам морей.

Рисунок 1 - Среднесуточный дрейф льда в Карском море при северном ветре скоростью 10 м/с

Рисунок 2 - Распределение зон сжатий льда в Карском море при северном ветре скоростью 10 м/с


Copyright: ГУ "ААНИИ"
Единая система информации об обстановке в Мировом океане. Динамическое электронное справочное пособие.
Введено в опытную эксплуатацию 01.06.2007
Технология разработана Лабораторией автоматизированных систем ГУ "ГОИН".
Свои вопросы и замечания направляйте разработчикам isys_lab@geocentre.ru. © 1998-2007 ГУ "ГОИН".
Счётчик 88х31 Счётчик 88х31 Счётчик 88х31 Счётчик 88х31 Счётчик 88х31
Банер 232х60 Банер 468х60 Банер 232х60
Банер 114х60 Банер 114х60 Банер 114х60 Банер 114х60 Банер 114х60 Банер 114х60 Банер 114х60 Банер 114х60