Влияние параметризации вертикального турбулентного обмена на результаты реанализа гидрофизических полей Черного моря

Л. И. Сухих✉<, В. Л. Дорофеев

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: l.sukhikh@gmail.com

Аннотация

Проведен сравнительный анализ двух расчетов долговременной изменчивости гидрофизических полей Черного моря за период 1993–2012 гг. Два реанализа были выполнены различными способами параметризации вертикального турбулентного обмена в модели циркуляции. В первом расчете применялась простая параметризация с использованием постоянного коэффициента вертикальной турбулентной вязкости и коэффициента вертикальной турбулентной диффузии в виде климатических профилей. Во втором расчете для параметризации процессов вертикального обмена применялась модель турбулентности типа модели Меллора – Ямады. Cравнение результатов реанализов с данными измерений показало, что использование турбулентной модели для параметризации вертикального обмена позволило лучше описать термохалинную структуру вод Черного моря. В частности, точнее воспроизводятся структура летнего сезонного термоклина и положение главного галоклина, в которых, как правило, отмечаются максимальные отклонения модельных значений температуры и солености от in-situ измерений. Разница способов параметризации вертикального обмена импульсом оказала влияние на вертикальную структуру горизонтальной циркуляции. Значительная часть кинетической энергии течений по первому расчету сконцентрирована в тонком 10-метровом слое, что сказывается на особенностях циркуляции на мелководье северо-западного шельфа, в то время как в расчете с использованием турбулентной модели кинетическая энергия интенсивнее передается в нижние слои. Выполненное исследование показало, что результаты реанализа гидрофизических полей зависят от аккуратного описания термодинамических процессов в деятельном слое моря, особенно процессов вертикального турбулентного обмена.

Ключевые слова

реанализ, динамика Черного моря, численное моделирование, ассимиляция данных, термохалинная структура

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2018-0002 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений» (шифр «Оперативная океанология») (численное моделирование с ассимиляцией спутниковых данных) и при поддержке гранта РНФ № 17-77-30001 «Новые методы и суперкомпьютерные технологии анализа и прогноза Мирового океана и Арктического бассейна» (анализ полученных результатов).

Для цитирования

Сухих Л. И., Дорофеев В. Л. Влияние параметризации вертикального турбулентного обмена на результаты реанализа гидрофизических полей Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 4. С. 283–301. EDN YMQLVR. doi:10.22449/0233-7584-2018-4-283-301

Sukhikh, L.I. and Dorofeyev, V.L., 2018. Influence of the vertical turbulent exchange parameterization on the results of reanalysis of the Black Sea hydrophysical fields. Physical Oceanography, 25(4), pp. 262-279. doi:10.22449/1573-160X-2018-4-262-279

DOI

10.22449/0233-7584-2018-4-283-301

Список литературы

  1. Тенденции в изменчивости термохалинных и динамических характеристик Черного моря, выявленные по результатам реанализа за период 1985–1994 гг. / В. В. Кныш [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. Вып. 16. С. 279–290.
  2. Сезонная и межгодовая изменчивость гидрофизических полей Черного моря, восстановленных на основе реанализа за период 1971–1993 гг. / В. В. Кныш [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 3. С. 433–446.
  3. Усвоение гидрологических наблюдений для расчета течений в морях и океанах / В. В. Кныш [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 1. С. 67–85. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17312859 (дата обращения 15.12.2017).
  4. Dorofeev V. L., Sukhikh L. I. Study of long-term variability of Black Sea dynamics on the basis of circulation model assimilation of remote measurements // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2017. Vol. 53, no 2. P. 224–232. doi:10.1134/S0001433817020025
  5. Dorofeev V. L., Sukhikh L. I. Analysis of variability of the Black Sea hydrophysical fields in 1993–2012 based on the reanalysis results // Physical Oceanography. 2016. No. 1. P. 33–47. doi:10.22449/1573-160X-2016-1-33-47
  6. Sukhikh L. I., Dorofeyev V. L. The study of sensitivity of the Black Sea hydrophysical fields reanalysis results to the applied atmospheric forcing // Physical Oceanography. 2016. No. 5. P. 45–60. doi:10.22449/1573-160X-2016-5-45-60
  7. Rim current and coastal eddy mechanisms in an eddy-resolving Black Sea general circulation model / J. V. Staneva [et al.] // Journal of Marine Systems. 2001. Vol. 31, iss. 1–3. P. 137–157. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00050-1
  8. Залесный В. Б., Гусев А. В., Мошонкин С. Н. Численная модель гидродинамики Черного и Азовского морей с вариационной инициализацией температуры и солености // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 699– 716. doi:10.7868/S000235151306014X
  9. Залесный В. Б., Гусев А. В., Агошков В. И. Моделирование циркуляции Черного моря с высоким разрешением прибрежной зоны // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 3. С. 316–333. doi:10.7868/S0002351516030147
  10. Агошков В. И., Пармузин Е. И., Шутяев В. П. Ассимиляция данных наблюдений в задаче циркуляции Черного моря и анализ чувствительности ее решения // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 643–654. doi:10.7868/S0002351513060023
  11. Расчет течений и распространения загрязнения в прибрежных водах Большого Сочи / Н. А. Дианский [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 664–675. doi:10.7868/S0002351513060047
  12. Кордзадзе А. A., Деметрашвили Д. И. Краткосрочный прогноз гидрофизических полей в восточной части Черного моря // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. С. 733–745. doi:10.7868/S0002351513060096
  13. Демышев С. Г., Коротаев Г. К. Численная энергосбалансированная модель бароклинных течений океана с неровным дном на сетке С // Численные модели и результаты калибровочных расчетов течений в Атлантическом океане. М. : ИВМ РАН, 1992. С. 163–231.
  14. Development of Black Sea nowcasting and forecasting system / G. K. Korotaev [et al.] // Ocean Science. 2011. Vol. 7, iss. 5. P. 629–649. https://doi.org/10.5194/os-7-629-2011
  15. A quasi-equilibrium turbulent energy model for geophysical flows / B. Galperin [et al.] // Journal of the Atmospheric Sciences. 1988. Vol. 45, no. 1. P. 55–62. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1988)0450055:AQETEM2.0.CO;2
  16. Mellor G. L., Yamada T. Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems // Reviews of Geophysics and Space Physics. 1982. Vol. 20, no. 4. P. 851–875. doi:10.1029/RG020i004p00851
  17. Dorofeyev V. L., Sukhikh L. I. Modeling of long-term evolution of hydrophysical fields of the Black Sea // Oceanology. 2017. Vol. 57, iss. 6. P. 784–796. doi:10.1134/S0001437017060017
  18. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828
  19. Овчинников И. М., Попов Ю. И. К вопросу о формировании холодного промежуточного слоя в Черном море // Доклады Академии наук СССР. 1984. Т. 279, № 4. С. 986–989.
  20. Гертман И. Ф. Термохалинная структура вод моря // Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. IV. Черное море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / Под ред. А. И. Симонова, Э. Н. Альтмана. СПб. : Гидрометеоиздат, 1991. С. 146–195.
  21. Комплексные океанографические исследования Черного моря. Киев : Наукова думка, 1980. С. 147–149.
  22. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря / Под ред. Б. А. Нелепо. Л. : Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.
  23. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. IV. Черное море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / Под ред. А. И. Симонова, Э. Н. Альтмана. СПб. : Гидрометеоиздат, 1991. 429 с.
  24. Oguz T., Besiktepe S. Observations on the Rim Current structure, CIW formation and transport in the western Black Sea // Deep-Sea Research. 1999. Vol. 46, no. 10. P. 1733–1754. doi:10.1016/S0967-0637(99)00028-X
  25. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data / G. Korotaev [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2003. Vol. 108, iss. C4, 3122. https://doi.org/10.1029/2002JC001508
  26. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным / В. М. Журбас [и др.] // Океанология. 2004. Т. 44, № 1. С. 34–48. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17656354 (дата обращения 15.12.2017).

Скачать статью в PDF-формате