Приказ основних података о дисертацији

Numerical seeding experiments with two-moment model of the convective clouds

dc.contributor.advisorĆurić, Mlađen
dc.contributor.otherJanc, Dejan
dc.contributor.otherRuml, Mirjana
dc.creatorKovačević, Nemanja D.
dc.date.accessioned2016-07-16T13:15:14Z
dc.date.available2016-07-16T13:15:14Z
dc.date.available2020-07-03T09:50:27Z
dc.date.issued2014-06-10
dc.identifier.urihttps://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/5915
dc.identifier.urihttp://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=3256
dc.identifier.urihttps://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:11657/bdef:Content/download
dc.identifier.urihttp://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=46624527
dc.description.abstractGlavni cilj doktorske disertacije je simuliranje oblaka i padavina na tlu za modifikovanu verziju modela konvektivnih oblaka – ARPS (Advanced Regional Prognostic System) u nezasejavanim i zasejavanim slučajevima. Osnovna verzija modela ARPS je razvijena u Univerzitetu u Oklahomi. Suština naše modifikacije se sastoji od uvođenja dve kategorije padavinskih elemenata kao embriona zrna grada (krupa i smrznute kišne kapi) i dvomomentne mikrofizičke šeme. Uvedena je brojna koncentracija kao prognostička veličina za sva mikrofizička polja izuzev vodene pare i oblačne vode. Prema tome, model prognozira odnos smeše i brojnu koncentraciju šest mikrofizičkih elemenata – kišnih kapi, ledenih kristala, snega, krupe, smrznutih kišnih kapi i grada. Koncentracija oblačnih kapljica je konstantna u datim simulacijama. Pored toga, softverski paket za zasejavanje oblaka sa srebro-jodidom je ubačen u model. Aktivnosti modifikacije vremena su sprovođene poslednjih nekoliko decenija u mnogim zemljama. Glavni ciljevi modifikacije vremena su suzbijanje grada i povećanje kiše na tlu. Gradonosne oluje prouzrokuju veliku štetu poljoprivredi i imovini u mnogim delovima sveta. Numerički modeli mogu poslužiti da bi bolje ispitali oblake i njihovu reakciju na zasejavanje. Prvo je ispitan uticaj koncentracije oblačnih kapljica na efektivnost suzbijanja grada. Izvršeni su eksperimenti osetljivosti akumuliranih padavina na tlu (kiše i grada) od koncentracije oblačnih kapljica za nezasejavane i zasejavane slučajeve. Za nezasejavani slučaj je pokazano da rast koncentracije oblačnih kapljica rezultuje u smanjenju akumulacije kiše, dok iznos akumuliranog grada na tlu se povećava. Potrebno je razumeti da li prirodna raznovrsnost u vrednostima koncentracije oblačnih kapljica može uticati na efektivnost u suzbijanju grada. Za operativne projekte zasejavanja oblaka, bilo bi korisno odrediti da li je moguće suzbiti grad na tlu ako znamo vrednost koncentracije oblačnih kapljica. Rezultati pokazuju da efektivnost suzbijanja grada ima najveći uticaj na malim koncentracijama oblačnih kapljica; dok efektivnost suzbijanja grada opada kako koncentracija oblačnih kapljica raste. Pored toga, izvršene su simulacije za dva različita načina u opisu spektra tečne vode: jedinstvena Hrgijan-Mazinova raspodela za ceo spektar kapi i monodisperzna raspodela za oblačne kapljice sa eksponencijalnom Maršal-Palmerovom raspodelom za kišne kapi. Analizirane su razlike u simuliranim padavinama na tlu za dva pretpostavljena pristupa sa različitim vrednostima koncentracije oblačnih kapljica. Rezultati pokazuju da postoje značajne razlike u pojavi, iznosu i prostornoj raspodeli akumuliranih padavina na tlu. Može se primetiti da je jedinstvena Hrgijan-Mazinova raspodela generalno osetljivija na promene u koncentraciji oblačnih kapljica nego alternativni pristup. Dobro poznata karakteristika pljuskova kiše kod konvektivnih oblaka i osmotreno razdvajanje oblaka su dobro simulirani sa jedinstvenom Hrgijan- Mazinovom raspodelom, pogotovo za niže vrednosti koncentracije oblačnih kapljica. U slučaju sa jedinstvenom Hrgijan-Mazinovom raspodelom, zasejavanje oblaka rezultuje u znatnom smanjenju akumuliranog grada na tlu. Nasuprot, drugi slučaj je okarakterisan sa povećanjem grada na tlu. Korisno je opisati spektar grada po veličini i detaljno mehanizme njegovog formiranja. Važna tačka u formiranju grada je uloga embriona zrna grada. Ispitivan je uticaj embriona zrna grada na iznos i trajanje padavina na tlu. Stoga, sprovedeno je numeričko poređenje dve mikrofizičke šeme, jedne sa embrionima zrna grada i druge bez njih. Rezultati pokazuju da mikrofizički scenario sa embrionima zrna grada vodi većem rastu akumuliranog grada u poređenju sa šemom bez embriona. Vreme pojave grada na tlu se dešava u ranim etapama života oblaka u eksperimentu bez embriona zrna grada. U drugom slučaju, pojava grada na tlu je odložena za kasnije faze života oblaka, što je mnogo realnije i u saglasnosti sa merenjima. Zasejavanje oblaka u modelu sa embrionima zrna grada rezultuje značajnim smanjenjem akumuliranog grada na tlu, dok model bez embriona zrna grada nije osetljiv na zasejavanje oblaka. Dvomomentni model sa uključenim embrionima zrna grada i jedinstvenom Hrgijan-Mazinom raspodelom je generalno osetljiviji na zasejavanje oblaka, u poređenju sa jednomomentnim modelom. Dvomomentni model se pokazao kao bolje sredstvo u numeričkoj simulaciji oblaka. Stoga, dvomomentni model se preporučuje za korišćenje u numeričkom modeliranju konvektivnih oblaka.sr
dc.description.abstractThe main objective of this thesis is the simulation of the cloud and accumulated precipitation at the surface for a modified model of convective clouds – ARPS (Advanced Regional Prognostic System) in unseeded and seeded cases. The basic version of the ARPS model was developed at the University of Oklahoma. The essence of our modification consisted of introducing two categories of precipitation elements as hail embryos (graupel and frozen raindrops) and two-moment bulk microphysical scheme. It introduced the number concentration as a prognostic variable for all microphysics fields except water vapour and cloud water. Therefore, the model predicts the mixing ratios and number concentration of the six microphysical elements – raindrops, ice crystals, snow, graupel, frozen raindrops and hail. The cloud droplet number concentration was prescribed. Nevertheless, the software package for cloud seeding with silver-iodide is incorporated in the model. Weather modification activities have been conducted over the past several decades in many countries. The main objectives of weather modification are hail suppression and rain enhancement on the ground. Hailstorms cause significant damage to agriculture and property in many areas of the world. Numerical models can be used in order to better investigate the clouds and their response to cloud seeding. First, it investigated the impact of cloud droplet concentration on hail suppression effectiveness. It performed sensitivity tests of accumulated precipitation amounts (rain and hail) on the cloud droplet concentration in unseeded and seeded cases. For the unseeded case, it can be noted that increasing the concentration of cloud droplets created a reduction in rain accumulation, while the amount of hail accumulation increased. It is necessary to understand whether natural diversity in the cloud droplet concentration can affect the effectiveness of hail suppression. For operational cloud seeding activities, it would be helpful to determine whether it is possible to suppress hail if we know the optimal level of concentration for cloud droplets. The results showed that hail suppression effectiveness had the greatest influence on lowering cloud droplet concentration levels; suppression effectiveness decreased as the cloud droplet concentration increased. Further, it performed cloud simulations for two different modes of the liquid water spectrum: a unified Khrgian-Mazin size distribution for the entire spectrum of drops and the monodisperse size distribution for cloud droplets with the exponential Marshall-Palmer distribution for raindrops. It is analysed the differences in simulated surface precipitation for the two assumed approaches with different values of cloud droplet number concentration. The results showed that there are significant differences in the occurrence, amount and spatial distribution of accumulated precipitation at the surface. It can be noted that the unified Khrgian-Mazin size distribution is generally more sensitive to changes in the cloud droplet number concentration than an alternative approach. A well-known characteristic of the rain showers generated by convective clouds and observed cloud splitting are well simulated with the unified Khrgian-Mazin size distribution, especially for smaller values of cloud droplet number concentration. In the case with the unified Khrgian-Mazin size distribution, cloud seeding results in significantly reducing of the accumulated hail on the ground. Contrary, the second case is characterized by the increase of the accumulated hail at the surface. It is useful to describe the size spectrum of hail and the mechanisms of formation in more detail. One important point in the formation of hail is the role of hailstone embryos. It examined the influence of hailstone embryos on the amount and duration of ground precipitation. Thus, we performed a numerical comparison of the two microphysical schemes, one with hailstone embryos and the other without them. The results indicated that the microphysical scenario with hailstone embryos lead to a greater increase in accumulated hail compared with the scheme without hailstone embryos. The time of hail occurrence on the ground occurs during the early stages of cloud life in the experiment without hailstone embryos. In the second case, the hail occurrence on the ground was delayed for the later stages of cloud life, which is much more realistic and in agreement with the measurements. In the model with hail embryos, cloud seeding results in a significant reduction of the accumulated hail at the surface, while the second case is not sensitive to cloud seeding. The two-moment model with included hailstone embryos and the unified Khrgian-Mazin size distribution is generally more sensitive to cloud seeding, in compared to the single-moment model. The two-moment model proved to be a better tool in numerical simulation of clouds. Therefore, the two-moment model is recommended for use in numerical modeling of the convective clouds.en
dc.formatapplication/pdf
dc.languagesr
dc.publisherУниверзитет у Београду, Физички факултетsr
dc.rightsopenAccessen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.sourceУниверзитет у Београдуsr
dc.subjectkonvektivni oblacisr
dc.subjectconvective cloudsen
dc.subjectzasejavanje oblakasr
dc.subjectembrioni zrna gradasr
dc.subjectnumeričko modeliranjesr
dc.subjectdvomomentni mikrofizički modelsr
dc.subjectfunkcija raspodele kapi po veličinisr
dc.subjectcloud seedingen
dc.subjecthailstone embryosen
dc.subjectnumerical modelingen
dc.subjecttwo-moment microphysical modelen
dc.subjectthe drop size distribution functionen
dc.titleNumerički eksperimenti zasejavanja sa dvomomentnim modelom konvektivnih oblakasr
dc.titleNumerical seeding experiments with two-moment model of the convective cloudsen
dc.typedoctoralThesisen
dc.rights.licenseBY-NC-ND
dcterms.abstractЋурић, Млађен; Јанц, Дејан; Румл, Мирјана; Ковачевић, Немања Д.; Нумерички експерименти засејавања са двомоментним моделом конвективних облака; Нумерички експерименти засејавања са двомоментним моделом конвективних облака;
dc.identifier.fulltexthttps://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/24990/Disertacija3811.pdf
dc.identifier.fulltexthttp://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/24990/Disertacija3811.pdf
dc.identifier.rcubhttps://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_5915


Документи за докторску дисертацију

Thumbnail

Ова дисертација се појављује у следећим колекцијама

Приказ основних података о дисертацији