Ретроспективный анализ термохалинных полей Черного моря на основе методов эмпирических ортогональных функций

В. Н. Белокопытов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

e-mail: v.belokopytov@gmail.com

Аннотация

Для реконструкции термохалинных полей Черного моря по нерегулярным наборам данных наблюдений разработан метод, сочетающий в себе методы оптимальной интерполяции и разложения на эмпирические ортогональные функции (ЭОФ). Для повышения пространственной согласованности термохалинной структуры ранее используемый подход реконструкции по горизонтальным ЭОФ преобразован в комбинированный метод, в котором базовыми элементами являются вертикальные ЭОФ. В качестве исходного массива использовались прошедшие проверку качества первичные данные наблюдений, интерполированные на регулярную сетку 10′ × 15′ методом оптимальной интерполяции. В результате рассчитан массив ретроспективного анализа за длительный период 1923–2015 гг. с относительной долей случаев полного восстановления среднемесячных полей во всем объеме моря около 70%. На основе массива реанализа различными методами рассчитаны климатические поля как для всего периода наблюдений, так и для отдельных десятилетних периодов. Выявлено, что на протяжении всего ХХ века амплитудно-фазовые характеристики климатических термохалинных полей в Черном море сохраняют свою устойчивость, общие тенденции многолетних изменений сезонного цикла противоположны для температуры и солености. Данные реанализа использовались для исследований различных аспектов межгодовой и междесятилетней изменчивости термохалинной структуры Черного моря, плотностной стратификации, геострофической циркуляции и др. В перспективе массив реанализа термохалинных полей может применяться для дальнейших исследований многолетних изменений в черноморском бассейне, а также при ассимиляции данных наблюдений в работах по реконструкции гидрофизических полей с помощью гидродинамических моделей.

Ключевые слова

Черное море, термохалинная структура, реанализ, климатические поля, эмпирические ортогональные функции

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме No 0827-2018-0001 «Фундаментальные исследования процессов взаимодействия в системе океан–атмосфера, определяющих региональную пространственно-временную изменчивость природной среды и климата» (шифр «Взаимодействие океана и атмосферы»).

Для цитирования

Белокопытов В. Н. Ретроспективный анализ термохалинных полей Черного моря на основе методов эмпирических ортогональных функций // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, No 5. С. 412–421. EDN YMQLYT. doi:10.22449/0233-7584-2018-5-412-421

Belokopytov, V.N., 2018. Retrospective Analysis of the Black Sea Thermohaline Fields on the Basis of Empirical Orthogonal Functions. Physical Oceanography, 25(5), pp. 380-389. doi:10.22449/1573-160X-2018-5-380-389

DOI

10.22449/0233-7584-2018-5-412-421

Список литературы

  1. Сезонная и межгодовая изменчивость гидрофизических полей Черного моря, восстановленных на основе реанализа за период 1971–1993 гг. / В. В. Кныш [и др.] // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 3. С. 433–446.
  2. Дорофеев В. Л., Коротаев Г. К., Сухих Л. И. Исследование долговременной изменчивости полей Черного моря с использованием междисциплинарной физико-биогеохимической модели // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. C. 676–687. doi:10.7868/S0002351513060059
  3. Мизюк А. И. Реанализ гидрофизических полей Черного моря на основе ассимиляции данных измерений температуры и солености в z-координатной модели // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 3. С. 30–47.
  4. Реанализ сезонной и межгодовой изменчивости полей Черного моря за 1993–2012 гг. / Г. К. Коротаев. [и др.] // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 4. С. 475–487. doi:10.7868/S0002351516040076
  5. Гандин Л. С. Объективный анализ метеорологических полей. – Л. : Гидрометеоиздат, 1963. – 287 с.
  6. Беляев В. И., Тимченко И. Е. О применении объективного и четырехмерного анализа в океанографии // Морские гидрофизические исследования. Севастополь : МГИ НАНУ, 1972. № 2. С. 80–92.
  7. Нелепо Б. А., Тимченко И. Е. Системные принципы анализа наблюдений в океане. Киев : Наукова Думка, 1977. 222 с.
  8. Системный анализ морской среды / И. Е. Тимченко [и др.]. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 1996. 224 с.
  9. An Improved In Situ and Satellite SST Analysis for Climate / R. W. Reynolds [et al.] // Journal of Climate. 2002. Vol. 15, no. 13. P. 1609–1625. doi:10.1175/1520-0442(2002)0151609:AIISAS2.0.CO;2
  10. Analyses of global sea surface temperature 1856–1991 / A. Kaplan [et al.] // Journal of Geophysical Research. 1998. Vol. 103, iss. C9. P. 18567-18589. doi:10.1029/97JC01736
  11. Beckers J. M., Rixen M. EOF calculations and data filling from incomplete oceanographic datasets // Journal of atmospheric and oceanic technology. 2003. Vol. 20, no. 12. P. 1839–1856. doi:10.1175/1520-0426(2003)0201839:ECADFF2.0.CO;2
  12. Global analyses of sea surface temperature, sea ice, and night marine air temperature since the late nineteenth century / N. A. Rayner [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2003. Vol. 108, iss. D14. 4407. doi:10.1029/2002JD002670
  13. Improved analyses of changes and uncertainties in sea surface temperature measured in situ since the mid-nineteenth century: the HadSST2 dataset / N. A. Rayner [et al.] // Journal of Climate. 2006. Vol. 19, no. 3. P. 446–469. doi:10.1175/JCLI3637.1
  14. Kaplan A., Kushnir Y., Cane M. A. Reduced space optimal interpolation of historical marine sea level pressure: 1854-1992 // Journal of Climate. 2000. Vol. 13, no. 16. P. 2987–3002. doi:10.1175/1520-0442(2000)0132987:RSOIOH2.0.CO;2
  15. Multivariate reconstruction of missing data in sea surface temperature, chlorophyll and wind satellite fields / A. Alvera-Azcárate [et al.] // Journal of Geophysical Research. 2007. Vol. 112, iss. C3. C03008. doi:10.1029/2006JC003660
  16. Reconstruction of incomplete oceanographic data sets using empirical orthogonal functions: application to the Adriatic Sea surface temperature / A. Alvera-Azcárate [et al.] // Ocean Modelling. 2005. Vol. 9, iss. 4. P. 325–346. doi:10.1016/j.ocemod.2004.08.001
  17. Smith T. M., Reynolds R. W. A high-resolution global sea surface temperature climatology for the 1961–90 base period // Journal of Climate. 1998. Vol. 11, no. 12. P. 3320–3323. doi:10.1175/1520-0442(1998)0113320:AHRGSS2.0.CO;2
  18. Enhancing temporal correlations in EOF expansions for the reconstruction of missing data using DINEOF / A. Alvera-Azcárate [et al.] // Ocean Science. 2009. Vol. 5, iss. 4. P. 475–485. doi:10.5194/os-5-475-2009
  19. A numerically efficient data analysis method with error map generation / M. Rixen [et al.] // Ocean Modelling. 2000. Vol. 2, iss. 1–2. P. 45–60. doi:10.1016/S1463-5003(00)00009-3
  20. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 212 с.
  21. Григорьев А. В., Иванов В. А., Капустина Н. А. Корреляционная структура термохалинных полей Черного моря в летний сезон // Океанология. 1996. Т. 36, № 3. С. 364–369.
  22. Полонский А. Б., Шокурова И. Г. Статистическая структура крупномасштабных полей температуры и солености в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2008. № 1. С. 51–65.
  23. Белокопытов В. Н. О методе восстановления термохалинной структуры Черного моря на основе эмпирических ортогональных функций // Системы контроля окружающей среды. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. Вып. 17. С. 94–99.
  24. Белокопытов В. Н. Метод расчета сезонного цикла термохалинных полей на основе ЭОФ-разложения // Системы контроля окружающей среды. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. Вып. 19. С. 116–121.
  25. Белокопытов В. Н. Климатические изменения гидрологического режима Черного моря : автореф. дисс. … докт. геогр. наук: 25.00.28. Севастополь, 2017. 42 с.
  26. Белокопытов В. Н. Межгодовая изменчивость обновления вод холодного промежуточного слоя Черного моря в последние десятилетия // Морской гидрофизический журнал. 2010. № 5. С. 33–41.
  27. Белокопытов В. Н. О климатической изменчивости термохалинной структуры Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное исследование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. Вып. 27. С. 226–230.

Скачать статью в PDF-формате