Исследование отклика верхнего слоя Баренцева моря на прохождение интенсивного полярного циклона в начале января 1975 года

Н. А. Дианский1,2,3, И. И. Панасенкова4,✉, В. В. Фомин2,4

1 Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия

2 Институт вычислительной математики им. Г. И. Марчука РАН, Москва, Россия

3 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

4 Государственный океанографический институт имени Н. Н. Зубова, Москва, Россия

✉ e-mail: ipanasenkova@mail.ru

Аннотация

Цель. Воспроизвести интенсивный полярный циклон, который наблюдался над Баренцевым морем в начале января 1975 г., провести ретроспективный расчет морской циркуляции и выполнить анализ реакции верхнего слоя моря на прохождение этого циклона – цель данной работы.

Методы и результаты. Все расчеты проводятся с помощью системы оперативного диагноза и прогноза гидрометеохарактеристик для западных морей российской части Арктики (Баренцево, Белое, Печорское и Карское моря). Основными компонентами системы являются региональная негидростатическая модель атмосферной циркуляции WRF с пространственным разрешением 15 км и физически полная трехмерная σ-модель морской циркуляции INMOM и морского льда с пространственным разрешением 2,7 км. Используются данные атмосферных реанализов и результаты ранее проведенных исследований. Прохождение полярного циклона в центральной и восточной частях Баренцева моря проявляется в сильном изменении скорости приповерхностных течений под влиянием ветра. В указанных районах Баренцева моря в период шторма дрейфовая компонента преобладает над приливной. В более мелководной южной части даже в период наибольшего развития шторма превалирует приливная компонента. Показано, что полярный циклон может привести к повышению температуры поверхности Баренцева моря более чем на 1°С.

Выводы. Положительную аномалию температуры поверхности моря формируют динамические процессы, связанные с вертикальным перемешиванием, подъемом вод в западной и центральной частях Баренцева моря, экмановским дрейфом и даунвеллингом у побережья Новой Земли. Вклад теплообмена с атмосферой в формирование положительных аномалий температуры поверхности моря незначителен. В южной части Баренцева и в Печорском морях в результате прохождения полярного циклона, наоборот, происходит значительное понижение поверхностной температуры почти на 1,5°С, что является результатом выхолаживания верхнего слоя моря за счет отдачи тепла в атмосферу.

Ключевые слова

арктические моря, экстремальный шторм, циркуляция океана, аномалии температуры поверхности моря

Благодарности

Авторы выражают свою признательность С. К. Гулеву, В. В. Иванову, Г. К. Коротаеву за ценные замечания при подготовке статьи. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 17-77-30001).

Для цитирования

Дианский Н. А., Панасенкова И. И., Фомин В. В. Исследование отклика верхнего слоя Баренцева моря на прохождение интенсивного полярного циклона в начале января 1975 года // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 6. С. 530–548. EDN VRLKNR. doi:10.22449/0233-7584-2019-6-530-548

Diansky, N.A., Panasenkova, I.I. and Fomin, V.V., 2019. Investigation of the Barents Sea Upper Layer Response to the Polar Low in 1975. Physical Oceanography, 26(6), pp. 467-483. doi:10.22449/1573-160X-2019-6-467-483

DOI

10.22449/0233-7584-2019-6-530-548

Список литературы

  1. Идентификация полярных циклонов над акваторией Карского моря с помощью гидродинамического моделирования / М. А. Никитин [и др.] // Вести газовой науки. 2015. № 2(22). С. 106–112. URL: http://www.vesti-gas.ru/sites/default/files/attachments/vgn-2-22-2015-106-112.pdf (дата обращения: 25.07.2019).
  2. Polar Lows: Mesoscale Weather Systems in the Polar Regions / Eds. E. Rasmussen, J. Turner. Cambridge, UK : Cambridge University Press, 2003. 612 p. https://doi.org/10.1017/CBO9780511524974
  3. Extreme cyclone events in the Arctic: Wintertime variability and trends / A. Rinke [et al.] // Environmental Research Letters. 2017. Vol. 12, no. 9. 094006. https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa7def
  4. Heinemann G., Saetra O. Workshop on polar lows // Bulletin of The American Meteorological Society. 2013. Vol. 94, no. 9. ES123–ES126. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-12-00190.1
  5. Walker N. D., Leben R. R., Balasubramanian S. Hurricane-forced upwelling and chlorophyll a enhancement within cold-core cyclones in the Gulf of Mexico // Geophysical Research Letters. 2005. Vol. 32, iss. 18. L18610. https://doi.org/10.1029/2005GL023716
  6. Hurricane Harvey Links to Ocean Heat Content and Climate Change Adaptation / K. E. Tren-berth [et al.] // Earth’s Future. 2018. Vol. 6, iss. 5. P. 730–744. https://doi.org/10.1029/2018EF000825
  7. Shallow ocean response to tropical cyclones observed on the continental shelf of the northwestern South China Sea / B. Yang [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120, iss. 5. P. 3817–3836. https://doi.org/10.1002/2015JC010783
  8. Yang B., Hou Y., Li M. Response of the western North Pacific subtropical ocean to the slow-moving super typhoon Nanmadol // Journal of Oceanology and Limnology. 2019. Vol. 37, iss. 3. P. 938–956. https://doi.org/10.1007/s00343-019-8114-0
  9. Impact of Tropical Cyclones on the Heat Budget of the South Pacific Ocean / S. Jullien [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2012. Vol. 42, no. 11. P. 1882–1906. https://doi.org/10.1175/JPO-D-11-0133.1
  10. Pei Y. H., Zhang R. H., Chen D. K. Upper ocean response to tropical cyclone wind forcing: A case study of typhoon Rammasun (2008) // Science China Earth Sciences. 2015. Vol. 58, iss. 9. P. 1623–1632. https://doi.org/10.1007/s11430-015-5127-1
  11. Observed warming of sea surface temperature in response to tropical cyclone Thane in the Bay of Bengal / S. Mathew [et al.] // Current Science. 2018. Vol. 114, no. 7. P. 1407–1413. https://doi.org/10.18520/cs/v114/i07/1407-1413
  12. Реакция верхнего слоя Черного моря на прохождение циклона 25–29 сентября 2005 года / Д. А. Яровая [и др.] // Метеорология и гидрология. 2020. (В печати).
  13. Saetra O., Linders T., Debernard J. B. Can polar lows lead to a warming of the ocean surface? // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2008. Vol. 60, iss. 1. P. 141–153. https://doi.org/10.1111/j.1600-0870.2007.00279.x
  14. Linders T., Saetra O., Bracegirdle T. J. Limited polar low sensitivity to SST // Quarterly Jour-nal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 654. P. 58–69. https://doi.org/10.1002/qj.718
  15. Blunden J., Arndt D. S. State of the Climate in 2014 // Bulletin of the American Meteorological Society. 2015. Vol. 96, no. 7. ES1–ES267. https://doi.org/10.1175/2015BAMSStateoftheClimate.1
  16. Blunden J., Arndt D. S. State of the Climate in 2015 // Bulletin of the American Meteorological Society. 2016. Vol. 97, no. 8. S1–S275. https://doi.org/10.1175/2016BAMSStateoftheClimate.1
  17. Assessing recent warming using instrumentally homogeneous sea surface temperature records / Z. Hausfather [et al.] // Science advances. 2017: Vol. 3, no. 1. e1601207. https://doi.org/10.1126/sciadv.1601207
  18. Zahn M., von Storch H. A long-term climatology of North Atlantic polar lows // Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35, iss. 22. L22702. https://doi.org/10.1029/2008GL035769
  19. Zahn M., von Storch H. Decreased frequency of North Atlantic polar lows associated with future climate warming // Nature. 2010. Vol. 467, iss. 7313. P. 309–312. https://doi.org/10.1038/nature09388
  20. Система диагноза и прогноза термогидродинамических характеристик и ветрового волнения в западных морях российской Арктики и расчет параметров экстремального шторма 1975 г. в Баренцевом море с учетом ледовых условий / Н. А. Дианский [и др.] // Вести газовой науки. 2018. № 4(36). С. 156–165. URL: http://vesti-gas.ru/sites/default/files/attachments/vgn-4-36-2018-156-165.pdf (дата обращения: 25.07.2019).
  21. Сборник карт и описаний типовых атмосферных процессов, обусловливающих возникновение на акватории Баренцева, Норвежского и Гренландского морей опасных и особо опасных для мореплавания н рыболовства гидрометеорологических явлений / Под ред. К. П. Васильева. М. : ВНИИГМИ-МЦД, 1982. 136 с.
  22. Гусев А. В., Дианский Н. А. Воспроизведение циркуляции Мирового океана и ее климатической изменчивости в 1948–2007 гг. // Известия Российская академия наук. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 1. С. 3–15. https://doi.org/10.7868/S0002351513060072
  23. Попов С. К., Лобов А. Л. Диагноз и прогноз уровня Каспийского моря по оперативной гидродинамической модели // Метеорология и гидрология. 2017. № 9. С. 90–99.
  24. Прилив в оперативной модели краткосрочного прогноза уровня моря и скорости течений в Баренцевом и Белом морях / С. К. Попов [и др.] // Метеорология и гидрология. 2013. № 6. С. 68–82.
  25. Использование прогностической системы COSMO-RU для исследования свойств полярных циклонов: эпизод 25–27 марта 2014 года / М. А. Никитин [и др.] // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. 2016. № 361. С. 128–145.
  26. Новые технологии обнаружения айсбергов и прогнозирования их дрейфа в западном секторе Арктики / Е. У. Миронов [и др.] // Проблемы Арктики и Антарктики. 2015. № 2(104). С. 21–32. URL: http://www.aari.ru/misc/publicat/paa/PAA-104/PAA-104_021-032.pdf (дата обращения: 25.07.2019).
  27. Кулаков М. Ю., Макштас А. П., Шутилин С. В. AARI–IOCM – совместная модель цир-куляции вод и льдов Северного Ледовитого океана // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. № 2(92). C. 6–18.
  28. TOPAZ4: an ocean-sea ice data assimilation system for the North Atlantic and Arctic / P. Sakov [et al.] // Ocean Science. 2012. Vol. 8, iss. 4. P. 633–656. https://doi.org/10.5194/osd-9-1519-2012
  29. A Description of the Advanced Research WRF Version 3 / W. C. Skamarock [et al.]. NCAR Technical Notes. Boulder, Colorado : National Center for Atmospheric Research USA, 2008. 113 p. URL: https://opensky.ucar.edu/islandora/object/technotes%3A500/datastream/PDF/view (дата обращения: 25.07.2019).
  30. Дианский Н. А. Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия. М. : Физматлит, 2013. 272 с.
  31. Moshonkin S. N., Zalesny V. B., Gusev A. V. Simulation of the Arctic–North Atlantic Ocean circulation with a two-equation k-omega turbulence parameterization // Journal of Marine Sci-ence and Engineering. 2018. Vol. 6, iss. 3. 95. https://doi.org/10.3390/jmse6030095
  32. Залесный В. Б. Численное моделирование термохалинной циркуляции Мирового океана // Метеорология и гидрология. 1998. № 2. C. 54–64.
  33. Моделирование ветра и волн при вторичных термических циклонах на Черном море / И. М. Кабатченко [и др.] // Метеорология и гидрология. 2001. № 5. С. 61–71.
  34. Ефимов В. В., Комаровская О. И. Формирование Новоземельской боры // Морской гид-рофизический журнал. 2017. № 2. С. 3–11. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2017-2-3-11
  35. Воспроизведение циркуляции Карского и Печорского морей с помощью системы оперативного диагноза и прогноза морской динамики / Н. А. Дианский [и др.] // Арктика: экология и экономика. 2014. № 1(13). С. 57–73. URL: http://www.arctica-ac.ru/docs/057_073_ARKTIKA_1(13)_03_2014.pdf (дата обращения: 25.07.2019).
  36. World Ocean Atlas 2013. Volume 1: Temperature / Ed. S. Levitus. Silver Spring, MD : NOAA/NESDIS, 2013. 40 p. (NOAA Atlas NESDIS 73). doi:10.7289/V55X26VD
  37. Papritz L., Spengler T. A. Lagrangian Climatology of Wintertime Cold Air Outbreaks in the Irminger and Nordic Seas and Their Role in Shaping Air-Sea Heat Fluxes // Journal of Climate. 2017. Vol. 30, no. 8. P. 2717–2737. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0605.1
  38. Carscadden J. E., Gjøsæter H., Vilhjálmsson H. A comparison of recent changes in distribution of capelin (Mallotus villosus) in the Barents Sea, around Iceland and in the Northwest Atlantic // Progress in Oceanography. 2013. Vol. 114. P. 64–83. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2013.05.005
  39. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 1. Баренцево море. Вып. 1. Гидроме-теорологические условия. Л. : Гидрометеоиздат, 1990. 280 с.
  40. Price J. F. Upper Ocean Response to a Hurricane // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, no. 2. P. 153–175. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0110153:UORTAH2.0.CO;2
  41. Atlantic Water flow through the Barents and Kara Seas / U. Schauer [et al.] // Deep Sea Re-search Part I: Oceanographic Research Papers. 2002. Vol. 49, iss. 12. P. 2281–2298. https://doi.org/10.1016/S0967-0637(02)00125-5
  42. Махотин М. С., Иванов В. В. Распространение атлантических водных масс в Баренцевом море по данным наблюдений и численного моделирования // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра РФ. 2016. Вып. 361. С. 169–191. URL: http://method.meteorf.ru/publ/tr/tr361/mahot.pdf (дата обращения: 25.07.2019).
  43. Нестеров Е. С. Экстремальные циклоны над морями европейской части России // Гид-рометеорологические исследования и прогнозы. 2018. № 1(367). С. 97–115. URL: http://method.meteorf.ru/publ/tr/tr367/05.pdf (дата обращения: 25.07.2019).
  44. Jaimes B., Shay L. K. Enhanced Wind-Driven Downwelling Flow in Warm Oceanic Eddy Features During the Intensification of Tropical Cyclone Isaac (2012): Observations and Theory // Journal of Physical Oceanography. 2015. Vol. 45, no. 6. P. 1667–1689. https://doi.org/10.1175/JPO-D-14-0176.1
  45. Гилл А. Динамика атмосферы и океана. Т. 1. М. : Мир, 1986. 397 с.

Скачать статью в PDF-формате