Моделирование теплового радиоизлучения дождевых ячеек произвольной формы на нерегулярных сетках

Целью настоящей работы является численный расчет интенсивности и поляризации теплового радиоизлучения дождевых облаков при их наблюдении микроволновыми космическими радиометрами, используя метод конечных разностей на нерегулярной сетке триангулированных плоских слоёв. Проводится численное моделирование переноса теплового радиоизлучения. Для контроля решения сравниваются с конечно-разностным методом на регулярной сетке. При сложной границе дождевой ячейки и горизонтальной неоднородности облаков метод показывает свою эффективность.
Современные задачи по восстановлению характеристик различных компонентов атмосферы и облачных структур требуют методов решения трехмерной задачи переноса излучения [1,2,3], учитывающие неоднородности атмосферы, такие как разорванность облачности и форма облаков и т.п.
В работе представлен численный метод решения задачи переноса излучения в ячейке, имеющей форму цилиндра с произвольными основаниями. Он основан на методе конечных разностей, а также сочетает методы установления и дискретных ординат, для использования явной схемы и упрощения учета рассеяния, соответственно. Так как наибольшая неоднородность предполагается в горизонтальной плоскости то горизонтальные слои сетки представлены нерегулярными триангуляциями. Сходимость метода достигается выбором соответствующего шага по времени. Из принципа максимума для данной схемы следуют устойчивость и сходимость [4]. При этом сложная геометрия граничной области и внутренняя неоднородность хорошо разрешается на треугольной сетке, что показывает опыт вычислений в газовой динамике [5].
Анализ атмосферного переноса излучения в облачной дождевой атмосфере требует множественных расчётов, это показывает преимущество предложенного метода, так как его легко распараллелить.
На его основе был составлено программное обеспечения для расчёта теплового излучения в дождевой ячейке с произвольной боковой стороной. Он может быть применен для решения аналогичных задач при разнообразных граничных условиях, характеристиках атмосферы, облачности и осадков.
Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В. Ломоносова [6].