Оценка климатических полей температуры и солености вод Черного моря для современного периода (1991–2020)

Н. В. Маркова✉, В. Н. Белокопытов, О. А. Дымова, Н. А. Миклашевская

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: ila.82@mail.ru

Аннотация

Цель. Основной целью исследования является оценка нового массива климатических полей температуры и солености вод Черного моря, рассчитанных по данным гидрологических наблюдений, для современного стандартного 30-летнего климатического периода 1991–2020 гг. (по определению Всемирной метеорологической организации для расчета климатических норм).

Методы и результаты. Оценка нового массива климатических температуры и солености проводилась на основе анализа результатов численных экспериментов. В эксперименте численной моделью воспроизводился годовой ход гидрофизических полей Черного моря, при расчете использовалась схема ассимиляции данных оцениваемого массива температуры и солености. В отличие от осредненных данных натурных наблюдений получаемые модельные поля были согласованы с точки зрения уравнений движения морской среды. Кроме трехмерных полей температуры и солености моделью воспроизводились трехмерные климатические поля течений Черного моря на каждые сутки года, что невозможно осуществить только по данным инструментальных измерений. Выполнен анализ пространственно-временной изменчивости воспроизведенных моделью трехмерных полей, исследованы интегральные характеристики динамики вод Черного моря за современный 30-летний климатический период и сопоставлены с аналогичными характеристиками за предыдущее столетие. Для проведения численного моделирования использована трехмерная нелинейная модель динамики Черного моря, разработанная в Морском гидрофизическом институте. Моделирование проводилось на сетке с горизонтальным разрешением 5 км с использованием батиметрии EMODNet. Результаты анализа проведенных расчетов показали, что увеличение пространственного разрешения климатического массива температуры и солености в современный период позволило более детально воспроизвести динамику вод Черного моря во всех его слоях. Вместе с тем в полях солености присутствовала существенная мелкомасштабная изменчивость, наиболее выраженная на глубоководных горизонтах.

Выводы. По сравнению с расчетом с усвоением предыдущего варианта климатического массива температуры и солености в воспроизводимых моделью полях отмечено увеличение интегральной температуры верхнего перемешанного слоя с утончением и «разрывом» холодного промежуточного слоя в центральной части моря, что говорит о потеплении верхнего слоя вод в последние 30 лет. Наибольшая зашумленность, выявленная на глубоководных горизонтах в воспроизводимых полях солености в эксперименте с ассимиляцией нового массива климатических полей, связана с количеством и качеством данных о солености, получаемых в ходе натурных наблюдений. С учетом недостаточного метрологического обеспечения измерений электропроводности морской воды для следующей версии климатического массива необходима более строгая процедура проверки и фильтрации данных наблюдений в глубинных слоях.

Ключевые слова

климатические поля, моделирование, ассимиляция, Черное море, температура, соленость, течения

Благодарности

Численные эксперименты по расчету динамики Черного моря выполнены в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме № 0555-2021-0003. Обработка и анализ результатов выполнены в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме № 0555-2021-0004.

Для цитирования

Оценка климатических полей температуры и солености вод Черного моря для современного периода (1991–2020) / Н. В. Маркова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 4. С. 423–435. EDN KJNCPV. doi:10.22449/0233-7584-2021-4-423-435

Markova, N.V., Belokopytov, V.N., Dymova, O.A. and Miklashevskaya, N.A., 2021. Assessment of the Black Sea Temperature and Salinity Climatic Fields for the Recent Climatological Period (1991–2020). Physical Oceanography, 28(4), pp. 392-403. doi:10.22449/1573-160X-2021-4-392-403

DOI

10.22449/0233-7584-2021-4-423-435

Список литературы

  1. 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 : Атмосфера – Океан – Космос. Программа «Разрезы». Mосква : Институт вычислительной математики РАН, 1992. С. 163–231.
  2. Демышев С. Г., Кныш В. В., Коротаев Г. К. Результаты расчета адаптированных полей Черного моря на основе ассимиляции в модели данных по климатической температуре и солености // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2006. Т. 42, № 5. С. 604–617.
  3. Кныш В. В., Демышев С. Г., Коротаев Г. К. Методика реконструкции климатической сезонной циркуляции Черного моря на основе ассимиляции гидрологических данных в модели // Морской гидрофизический журнал. 2002. № 2. C. 36–52. URL: http://xn--c1agq7a.xn--p1ai/index.php/repository?id=683 (дата обращения: 20.07.2021).
  4. Долговременные изменения термохалинных и динамических характеристик Черного моря по климатическим данным температуры и солености и их ассимиляции в модели / В. В. Кныш [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 3. С. 11–30. URL: http://xn--c1agq7a.xn--p1ai/index.php/repository?id=819 (дата обращения: 22.07.2021).
  5. Демышев С. Г., Кныш В. В., Инюшина Н. В. Сезонная изменчивость и трансформация с глубиной климатических горизонтальных течений Черного моря по результатам ассимиляции в модели новых климатических данных температуры и солености // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 6. C. 28–45. URL: http://xn--c1agq7a.xn--p1ai/index.php/repository?id=841 (дата обращения: 20.07.2021).
  6. Дорофеев В. Л., Коротаев Г. К. Ассимиляция данных спутниковой альтиметрии в вихреразрешающей модели циркуляции Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2004. № 1. С. 52–68. URL: http://xn--c1agq7a.xn--p1ai/index.php/repository?id=766 (дата обращения: 26.07.2021).
  7. Построение поля течений в Черном море на основе вихреразрешающей модели с ассимиляцией климатических полей температуры и солености / С. Г. Демышев [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2007. Вып. 15. С. 215–226.
  8. Демышев С. Г., Кныш В. В. Реконструкция адаптированной вертикальной скорости Черного моря на базе синтеза модели циркуляции и климатических данных по температуре и солености // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. Вып. 11. С. 93–104.
  9. Мамаев О. И. T, S-анализ вод Мирового океана. Л. : Гидрометеоиздат, 1970. 364 с.
  10. Staneva J. V., Stanev E. V. Oceanic response to atmospheric forcing derived from different climatic data sets. Intercomparison study for the Black Sea // Oceanologia Acta. 1998. Vol. 21, iss. 3. P. 393–417. doi:10.1016/S0399-1784(98)80026-1
  11. Ефимов В. В., Тимофеев Н. А. Теплобалансовые исследования Черного и Азовского морей. Обнинск : ВНИИГМИ-МЦД, 1990. 236 с.
  12. Pacanowski R. C., Philander S. G. H. Parameterization of Vertical Mixing in Numerical Models of Tropical Oceans // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, iss. 11. P. 14431451. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0111443:POVMIN2.0.CO;2
  13. Arakawa A., Lamb V. R. A Potential Enstrophy and Energy Conserving Scheme for the Shallow Water Equation // Monthly Weather Review. 1981. Vol. 109, iss. 1. Р. 18–36. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1981)109%3C0018:APEAEC%3E2.0.CO;2
  14. The MyOcean Black Sea from a scientific point of view / S. Demyshev [et al.] // Mercator Ocean Quarterly Newsletter. 2010. Vol. 39. P. 16–24. URL: http://marine.copernicus.eu/wp-content/uploads/2016/06/r63_9_quarterly_letter-_issue_39.pdf (date of access: 08.07.2021).
  15. Operational system for diagnosis and forecast of hydrophysical characteristics of the Black Sea / G. K. Korotaev [et al.] // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2016. Vol. 52. P. 542–549. https://doi.org/10.1134/S0001433816050078
  16. Белокопытов В. Н. Ретроспективный анализ термохалинных полей Черного моря на основе методов эмпирических ортогональных функций // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 5. С. 412–421. doi:10.22449/0233-7584-2018-5-412-421

Скачать статью в PDF-формате