Численное моделирование реакции Черного моря на вторжение аномально холодного воздуха 23–25 января 2010 года

В. В. Ефимов✉, Д. А. Яровая

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: vefim38@mail.ru

Аннотация

Цель. Цель работы – исследовать реакцию верхнего слоя Черного моря на вторжение холодного воздуха 23–25 января 2010 г.

Методы и результаты. Для численного исследования морских полей использовалась совместная мезомасштабная модель море – атмосфера NOW с разрешением 1 км. Воспроизведено изменение температуры поверхности моря 23–25 января 2010 г. вследствие холодного вторжения. Рассмотрены и количественно оценены основные факторы, которые повлияли на изменение температуры верхнего слоя: горизонтальная адвекция, охлаждение поверхности моря за счет потоков явного и скрытого тепла и влияние вертикального турбулентного перемешивания. Исследованы основные изменения, которые произошли в холодном промежуточном слое.

Выводы. Рассмотрено изменение вертикального распределения среднемесячной температуры, солености и плотности по данным реанализа Copernicus за 2009–2010 гг. и показано наличие холодного промежуточного слоя на средней глубине 60 м во все месяцы за исключением переходного зимне-весеннего периода. По результатам моделирования NOW показано, что понижение температуры поверхности на большей части моря произошло в результате теплои массообмена с атмосферой. Влияние горизонтальной адвекции и перемешивания через нижнюю границу холодного промежуточного слоя проявилось только в отдельных небольших областях, т. е. имело локальный эффект. Конвективное охлаждение захватило квазиоднородный поверхностный слой до глубин около 40–45 м и составило ~ 1 С. Кроме того, показано, что за время холодного вторжения произошло понижение глубины залегания холодного промежуточного слоя. Подтверждено представление о вторичности локальных холодных вод в мелководной северо-западной части моря как источника формирования холодного промежуточного слоя. Плотность более холодной, но менее соленой прибрежной воды препятствует ее опусканию до верхней границы холодного промежуточного слоя.

Ключевые слова

выхолаживание, холодный промежуточный слой, мезомасштабное моделирование, совместная модель, температура поверхности моря

Благодарности

Работа выполнена в рамках проекта FNNN-2024-0014 «Фундаментальные исследования процессов взаимодействия в системе океан-атмосфера, формирующих изменчивость физического состояния морской среды на различных пространственно-временных масштабах».

Для цитирования

Ефимов В. В., Яровая Д. А. Численное моделирование реакции Черного моря на вторжение аномально холодного воздуха 23–25 января 2010 года // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 1. С. 130–145. EDN GAKMLD.

Efimov, V.V. and Yarovaya, D.A., 2024. Numerical Modeling of the Black Sea Response to the Intrusion of Abnormally Cold Air in January 23–25, 2010. Physical Oceanography, 31(1), pp. 120-134.

Список литературы

  1. Коротаев Г. К., Кныш В. В., Кубряков А. И. Исследование процессов формирования холодного промежуточного слоя по результатам реанализа гидрофизических полей Черного моря за 1971–1993 гг. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 1. С. 41–56. EDN RTOUVN. doi:10.7868/S0002351513060102
  2. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том IV : Черное море, вып. 2 : Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности / Ред. А. И. Симонов, А. И. Рябинина, Д. Е. Гершанович. СПб. : Гидрометеоиздат, 1992. 219 с. (Проект «Моря СССР»).
  3. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИГидрофизика, 2011. 209 с.
  4. Куклев С. Б., Зацепин А. Г., Подымов О. И. Формирование холодного промежуточного слоя в шельфово-склоновой зоне северо-восточной части Черного моря // Океанологические исследования. 2019. Т. 47, № 3. С. 58–71. EDN YTCWVR. doi:10.29006/15642291.JOR-2019.47(3).5
  5. Овчинников И. М., Попов Ю. И. Формирование холодного промежуточного слоя в Черном море // Океанология. 1987. Т. 27, № 5. С. 739–746.
  6. Реакция термохалинных характеристик деятельного слоя Черного моря на зимнее выхолаживание / В. Б. Пиотух [и др.] // Океанология. 2011. Т. 51, № 2. С. 232–241. EDN NSYLOJ.
  7. Титов В. Б. Зоны формирования и объемы вод холодного промежуточного слоя в Черном море с учетом суровости зим // Метеорология и гидрология. 2006. № 6. С. 62–68. EDN KUHNLN.
  8. Akpinar A., Fach B. A., Oguz T. Observing the subsurface thermal signature of the Black Sea cold intermediate layer with Argo profiling floats // Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2017. Vol. 124. P. 140–152. doi:10.1016/J.Dsr.2017.04.002
  9. Bruciaferri D., Shapiro G. I., Wobus F. A multi-envelope vertical coordinate system for numerical ocean modelling // Ocean Dynamics. 2018. Vol. 68, Iss. 10. P. 1239–1258. doi:10.1007/S10236-018-1189-X
  10. The development of a 3d computational mesh to improve the representation of dynamic processes: The Black Sea test case / D. Bruciaferri [et al.] // Ocean Modelling. 2020. Vol. 146. 101534. doi:10.1016/j.ocemod.2019.101534
  11. Formation and changes of the black sea cold intermediate layer / S. Miladinova [et al.] // Progress in Oceanography. 2018. Vol. 167. P. 11–23. doi:10.1016/j.pocean.2018.07.002
  12. Stanev E. V., Peneva E., Chtirkova B. Climate change and regional ocean water mass disappearance: case of the Black Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. Vol. 124, iss. 7. P. 4803–4819. doi:10.1029/2019JC015076
  13. Ефимов В. В., Комаровская О. И., Баянкина Т. М. Временные характеристики и синоптические условия образования экстремальной новороссийской боры // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 409–422. EDN XAHKNF. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-409-422
  14. Ефимов В. В., Яровая Д. А. Численное моделирование конвекции в атмосфере при вторжении холодного воздуха над Черным морем // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 6. С. 692–703. EDN SYYYLX. doi:10.7868/S0002351514060078
  15. Яровая Д. А., Ефимов В. В. Облачные ячейки по данным спутниковых измерений и баланс конвективной энергии при вторжении холодного воздуха в атмосферу над Черным морем // Исследование Земли из космоса. 2017. № 6. С. 54–64. EDN ZVMLNR. doi:10.7868/S0205961417060057
  16. The NOW regional coupled model: Application to the tropical Indian Ocean climate and tropical cyclone activity / G. Samson [et al.] // Journal of Advances in Modeling Earth Systems. 2014. Vol. 6, iss. 3. P. 700–722. https://doi.org/10.1002/2014MS000324
  17. Яровая Д. А., Ефимов В. В. Развитие холодной аномалии температуры поверхности Черного моря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2021. T. 57, № 4. С. 471–483. EDN YAJJOC. doi:10.31857/S0002351521040118
  18. Ефимов В. В., Яровая Д. А., Барабанов В. С. Численное моделирование апвеллинга у Южного берега Крыма 24–25 сентября 2013 года // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2023. № 1. С. 6–19. EDN SSUZXG. doi:10.29039/2413-5577-20231-6-19

Скачать статью в PDF-формате