DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v20r435

Параметризация речной сети для модели Земной системы

Авторы

  • В.М. Степаненко
  • А.И. Медведев
  • И.А. Корпушенков
  • Н.Л. Фролова
  • В.Н. Лыкосов

Ключевые слова:

модель Земной системы
блок термогидродинамики суши
речная сеть
снеготаяние

Аннотация

Представлена новая версия модели ИВМ РАН-МГУ деятельного слоя суши с описанием термогидродинамики речных потоков. Динамика рек представлена уравнениями диффузионной волны, термика — одномерным уравнением притока тепла. Объектно-ориентированная реализация блока речной сети позволяет использовать произвольные решатели одномерных задач речной динамики, например уравнений Сен-Венана. В описание термодинамики снежного покрова добавлены эффекты просачивания жидкой влаги и ее замерзания. Совокупность усовершенствований модели позволила существенно улучшить расчет годового расхода воды и удовлетворительно воспроизвести термический режим крупной равнинной реки Северная Двина.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2019-10-29

Выпуск

Том 20 (2019): Выпуск 4.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

В.М. Степаненко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Научно-исследовательский вычислительный центр
Ленинские горы, 119991, Москва
• заместитель директора

А.И. Медведев

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
географический факультет
Ленинские горы, 119992, Москва
• аспирант

И.А. Корпушенков

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
географический факультет
Ленинские горы, 119992, Москва
• магистрант

Н.Л. Фролова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
географический факультет
Ленинские горы, 119992, Москва
• заведующий кафедрой

В.Н. Лыкосов

Институт вычислительной математики имени Г.И. Марчука РАН (ИВМ РАН)
ул. Губкина, 8, 119333, Москва
• главный научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. E. M. Volodin, V. Ya. Galin, A. S. Gritsun, et al., Mathematical Modeling of the Earth System (MAKS Press, Moscow, 2016) [in Russian].
  2. G. M. Flato, “Earth System Models: An Overview,” Wiley Interdiscip. Rev. Clim. Change 2 (6), 783-800 (2011).
  3. V. K. Arora, F. H. S. Chiew, and R. B. Grayson, “A River Flow Routing Scheme for General Circulation Models,” J. Geophys. Res. Atmos. 104 (D12), 14347-14357 (1999).
  4. V. A. Bell, A. L. Kay, R. G. Jones, and R. J. Moore, “Development of a High Resolution Grid-Based River Flow Model for Use with Regional Climate Model Output,” Hydrol. Earth Syst. Sci. 11 (1), 532-549 (2007).
  5. P. Falloon, R. Betts, and C. Bunton, New Global River Routing Scheme in the Unified Model , Tech. Note No. 72 (Hadley Centre, Exeter, 2007).
  6. P. Lucas-Picher, V. K. Arora, D. Caya, and R. Laprise, “Implementation of a Large-Scale Variable Velocity River Flow Routing Algorithm in the Canadian Regional Climate Model (CRCM),” Atmos. Ocean 41 (2), 139-153 (2003).
  7. R. Sausen, S. Schubert, and L. Dümenil, “A Model of River Runoff for Use in Coupled Atmosphere-Ocean Models,” J. Hydrol. 155 (3-4), 337-352 (1994).
  8. A. Ye, Q. Duan, C. Zhan, et al., “Improving Kinematic Wave Routing Scheme in Community Land Model,” Hydrol. Res. 44 (5), 886-903 (2013).
  9. V. I. Kuzin, G. A. Platov, and N. A. Lapteva, “Assessing the Effect of Year-to-Year Runoff Variations in Siberian Rivers on Circulation in the Arctic Ocean,” Izv. Akad. Nauk, Fiz. Atmos. Okeana 51 (4), 437-447 (2015) [Izv., Atmos. Ocean. Phys. 51 (4), 381-390 (2015)].
  10. B. Huang and V. M. Mehta, “Influences of Freshwater from Major Rivers on Global Ocean Circulation and Temperatures in the MIT Ocean General Circulation Model,” Adv. Atmos. Sci. 27 (3), 455-468 (2010).
  11. V. V. Malakhova and E. N. Golubeva, “The Role of the Siberian Rivers in Increase of the Dissolved Methane Concentration in the East Siberian Shelf,” Optika Atmosfery Okeana 25 (6), 534-538 (2012).
  12. P. A. Raymond, J. Hartmann, R. Lauerwald, et al., “Global Carbon Dioxide Emissions from Inland Waters,” Nature 503 (7476), 355-359 (2013).
  13. G. H. Allen and T. M. Pavelsky, “Global Extent of Rivers and Streams,” Science 361 (6402), 585-588 (2018).
  14. E. M. Volodin and V. N. Lykosov, “Parametrization of Heat and Moisture Transfer in the Soil-Vegetation System for Use in Atmospheric General Circulation Models: 2. Numerical Experiments in Climate Modeling,” Izv. Akad. Nauk, Fiz. Atmos. Okeana 34 (5), 622-633 (1998) [Izv., Atmos. Ocean. Phys. 34 (5), 559-569 (1998)].
  15. V. N. Lykosov and E. G. Palagin, “Dynamics of Interrelated Heat and Moisture Transfer in the System Atmosphere-Soil,” Meteorol. Gidrol., No. 8, 48-56 (1978).
  16. The ECHAM3 Atmospheric General Circulation Model. Technical Report No. 6. (Deutsches Klimarechnenzentrum, Hamburg, 1992).
  17. M. F. Wilson and A. Henderson-Sellers, “A global Archive of Land Cover and Soils Data for Use in General Circulation Climate Models,” J. Climatol. 5 (2), 119-143 (1985).
  18. V. Bogomolov, V. Stepanenko, and E. Volodin, “Development of Lake Parametrization in the INMCM Climate Model,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 48 (2016).
    doi 10.1088/1755-1315/48/1/012005
  19. M. Choulga, E. Kourzeneva, E. Zakharova, and A. Doganovsky, “Estimation of the Mean Depth of Boreal Lakes for Use in Numerical Weather Prediction and Climate Modelling,” Tellus A 66 (2014)
    doi 10.3402/tellusa.v66.21295
  20. V. N. Lykosov and E. G. Palagin, “A Method and an Example for Heat and Moisture Transfer in the Freezing Soil under a Snow Cover,” Tr. Gos. Gidrolog. Inst., No. 264, 12-23 (1980).
  21. E. E. Volodina, L. Bengtsson, and V. N. Lykosov, “Parameterization of Processes of Heat and Moisture Transfer in the Snow Cover for Modeling of Seasonal Variations in the Land Hydrological Cycle,” Meteorol. Gidrol., No. 5, 5-14 (2000).
  22. E. E. Machul’skaya, Simulation and Diagnosis of Processes of Heat and Moisture Transfer between the Atmosphere and Dry Land under Cold Climate Conditions , Candidate’s Dissertation in Mathematics and Physics (Moscow State Univ., Moscow, 2001).
  23. P. D{öll and B. Lehner, “Validation of a New Global 30-Min Drainage Direction Map,” J. Hydrol. 258 (1-4), 214-231 (2002).
  24. J. A. Downing, J. J. Cole, C. M. Duarte, et al., “Global Abundance and Size Distribution of Streams and Rivers,” Inland Waters 2 (4), 229-236 (2012).
  25. D. G. Tarboton, R. L. Bras, and I. Rodriguez-Iturbe, “The Fractal Nature of River Networks,” Water Resour. Res. 24 (8), 1317-1322 (1988).
  26. V. V. Kovalenko, N. V. Viktorova, and E. V. Gaidukova, Simulation of Hydrological Processes (Ross. Gidrometeorol. Univ., St. Petersburg, 2006) [in Russian].
  27. W. Wu, Computational River Dynamics (Taylor and Francis, London, 2008).
  28. S. L. Dingman, Fluvial Hydrology (Freeman, New York, 1984).
  29. C. Yu and J. G. Duan, “High Resolution Numerical Schemes for Solving Kinematic Wave Equation,” J. Hydrol. 519, 823-832 (2014).
  30. A. W. Vreman, “The Adjoint Filter Operator in Large-Eddy Simulation of Turbulent Flow,” Phys. Fluids 16 (6), 2012-2022 (2004).
  31. E. M. Volodin, “Representation of Heat, Moisture, and Momentum Fluxes in Climate Models. Fluxes at Surface,” Fundam. Prikl. Klimatol. 1, 28-42 (2016).