Воспроизведение изменчивости уровня и характеристик пикноклина Черного моря на основе метода адаптивной статистики

П. Н. Лишаев✉, В. В. Кныш, Г. К. Коротаев

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: pavellish@mail.ru

Аннотация

Ретроспективный анализ гидрофизических полей Черного моря выполнен за 1993–2014 гг. с ассимиляцией восстановленных ранее трехмерных полей псевдоизмерений температуры и солености в модели на горизонтах слоя 63–500 м методом адаптивной статистики. Для сопоставления среднеквадратических отклонений полей температуры и солености от наблюдений привлекались данные реанализа за 1993–2012 гг. с ассимиляцией в модели профилей невозмущенных температуры и солености. В реанализе за 1993–2014 гг. удается более точно воспроизвести изменчивость профилей температуры, солености (плотности) в главном пикноклине. Среднеквадратические отклонения воспроизведенных в реанализе за 1993–2014 гг. полей уровня моря относительно полей альтиметрического уровня в первой декаде сезонной и межгодовой изменчивости меньше по сравнению с оцененными таким же образом среднеквадратическими отклонениями по данным реанализа за 1992–2015 гг. работ других авторов, в котором ассимилировались потрековые данные AVISO и поверхностная температура моря. Среднеквадратические отклонения уровня моря увеличились во второй декаде периода. Причина этого кроется в понижении точности восстановления полей псевдоизмерений температуры и солености по данным альтиметрии и буев Argo по мере уменьшения обучающей выборки. Cиноптическая изменчивость полей течений моря за 1993–2014 гг. исследовалась посредством анализа карт интегральной дисперсии уровня моря. Дисперсия уровня оказалась высокой в обширных областях на западе и востоке бассейна. Она обусловлена генерацией и движением Севастопольского антициклона, образованием синоптических вихрей в юго-западном районе западного циклонического круговорота вод, динамикой и эволюцией кавказских антициклонических вихрей и Батумского антициклона. Выделяется также локальный район северо-западнее Синопа.

Ключевые слова

реанализ, псевдоизмерения, адаптивная статистика, среднеквадратические отклонения, синоптическая изменчивость, интегральная дисперсия

Благодарности

Результаты исследования, приведенные в рубрике «Развитие метода совместной ассимиляции альтиметрического уровня Черного моря и ограниченных данных измерений буев-профилемеров Argo», получены в рамках государственного задания по теме № 0827-2014-0011 «Исследования закономерностей изменений состояния морской среды на основе оперативных наблюдений и данных системы диагноза, прогноза и реанализа состояния морских акваторий» (шифр «Оперативная океанография»). Остальные результаты исследований, представленные в работе, получены при финансовой поддержке РФФИ, грант № 16-05-00621. Авторы выражают глубокую признательность В. Л. Дорофееву за предоставление данных по уровню Черного моря, восстановленному по реанализу гидрофизических полей за 1992–2015 гг.

Для цитирования

Лишаев П. Н., Кныш В. В., Коротаев Г. К. Воспроизведение изменчивости уровня и характеристик пикноклина Черного моря на основе метода адаптивной статистики // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 4. С. 271–282. EDN YMQLVJ. doi:10.22449/0233-7584-2018-4-271–282

Lishaev, P. N., Knysh, V. V. and Korotaev, G. K., 2018. Reproduction of variability of the Black Sea level and pycnocline characteristics based on the adaptive statistics method. Physical Oceanography, 25(4), pp. 251-261. doi:10.22449/1573-160X-2018-4-251-261

DOI

10.22449/0233-7584-2018-4-271–282

Список литературы

  1. Коротаев Г. К., Лишаев П. Н., Кныш В. В. Методика анализа данных измерений температуры и солености Черного моря с использованием динамического альтиметрического уровня // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 2. С. 2642.
  2. Reanalysis of seasonal and interannual variability of Black Sea fields for 1993–2012 / G. K. Korotaev [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Ocean Physics. 2016. Vol. 52, no. 4. P. 418–430. doi:10.1134/S0001433816040071
  3. Korotaev G. K., Lishaev P. N., Knysh V. V. Reconstruction of the three-dimensional salinity and temperature fields of the Black Sea on the basis of satellite altimetry measurements // Izvestiya, Atmospheric and Ocean Physics. 2016. Vol. 52, no. 9. P. 961–973. doi:10.1134/S0001433816090152
  4. Кныш В. В., Лишаев П. Н. Уточнение методики восстановления трехмерных полей солености и температуры Черного моря по редким измерениям и альтиметрии // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 5–17.
  5. Применение метода адаптивной статистики для реанализа полей Черного моря c ассимиляцией псевдоизмерений температуры и солености в модели / Г. К. Коротаев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2018. № 1. С. 40–56. doi:10.22449/0233-7584-2018-1-40-56
  6. Evensen G. The ensemble Kalman filter: Theoretical formulation and practical implementation // Ocean Dynamics. 2003. Vol. 53, iss. 4. P. 343–367. doi:10.1007/s10236-003-0036-9
  7. Беляев К. П., Танажура К. А. С., Тучкова Н. П. Сравнение методов усвоения данных буев “АРГО” в гидродинамической модели океана // Океанология. 2012. Т. 52, № 5. С. 643–653. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17928237 (дата обращения: 03.12.2017).
  8. Кауркин М. Н., Ибраев Р. А., Беляев К. П. Усвоение данных ARGO в модели динамики океана с высоким разрешением по методу ансамблевой оптимальной интерполяции (EnOI) // Океанология. 2016. Т. 56, № 6. С. 852–860. doi:10.7868/s0030157416060058
  9. Gejadze I. Yu., Le Dimet F.-X., Shutyaev V. On analysis error covariances in variational data assimilation // SIAM Journal on Scientific Computing. 2008. Vol. 30, iss. 4. P. 1847–1874. doi:10.1137/07068744X
  10. Залесный В. Б., Гусев А. В., Мошонкин С. Н. Численная модель гидродинамики Черного и Азовского морей с вариационной инициализацией температуры и солености // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 699–716. doi:10.7868/S000235151306014X
  11. Агошков В. И., Пармузин Е. И., Шутяев В. П. Ассимиляция данных наблюдений в задаче циркуляции Черного моря и анализ чувствительности ее решения // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 643–654. doi:10.7868/S0002351513060023
  12. Гидрометеорологические условия морей Украины. Т. 2: Черное море / Ю. П. Ильин [и др.]. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. 421 с.
  13. Демышев С. Г. Численная модель оперативного прогноза течений в Черном море // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 1. С. 137–149.
  14. Pacanowsci R. C., Philander S. G. H. Parameterization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11. P. 1443–1451. URL: https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0111443:POVMIN2.0.CO;2 (дата обращения: 03.12.2017).
  15. Лишаев П. Н. Реанализ гидрофизических полей Черного моря в 1980 – 1993 гг. с ассимиляцией среднегодовых и среднемесячных профилей солености и температуры // Современное состояние и перспективы наращивания морского ресурсного потенциала юга России: тез. докладов междунар. научн. конф., пгт Кацивели, 15–18 сентября 2014 г. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. С. 186–188.
  16. The ERA-Interim archive Version 1.0 / P. Berrisford [et al.] // ERA Report Series. No. 1. – ECMWF, 2009. 16 p. URL: https://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/2009/8173-era-interim-archive.pdf (дата обращения: 03.12.2017). 17 Дорофеев В. Л., Сухих Л. И. Некоторые тенденции долговременной изменчивости гидрофизических полей Черного моря по результатам реанализа // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2017. Вып. 1. С. 15–22.
  17. Дорофеев В. Л., Сухих Л. И. Изучение долговременной изменчивости динамики Черного моря на основе ассимиляции дистанционных измерений в модели циркуляции // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53, № 2. С. 254–264. doi:10.7868/S000235151702002X
  18. AVISO+ – Satellite Altimetry Data: [сайт]. URL: http://www.aviso.oceanobs.com/ (дата обращения 05.12.2017).
  19. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря / А. С. Блатов [и др.]. Л. : Гидрометеоиздат, 1984. 239 с.
  20. Кордзадзе А. А., Деметрашвили Д. И. Региональная оперативная система прогноза состояния восточной части Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2011. Вып. 25, т. 2. С. 136–146.
  21. Korotaev G. K., Saenko O. A., Koblinsky C. J. Satellite altimetry observations of the Black Sea level // Journal of Geophysical Research. 2001. Vol. 106, no. C1. P. 917–933.
  22. Демышев С. Г., Дымова О. А. Моделирование циркуляции Черного моря с высоким пространственным разрешением // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2011. Вып. 25, т. 2. С. 114–135.

Скачать статью в PDF-формате