Влияние фазового состава атмосферных осадков на сезонную эволюцию снежно-ледяного покрова в вершине Таганрогского залива

Д. Д. Завьялов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: zavyalov.dd@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Оценить влияние фазового состава атмосферных осадков на воспроизведение сезонной эволюции толщины льда в вершине Таганрогского залива – цель данной работы.

Методы и результаты. Исследование характеристик ледового режима в северо-восточной части Таганрогского залива проведено с помощью термодинамической модели ледяного покрова, в качестве метеорологического форсинга использовались данные восьмисрочных наблюдений за основными метеорологическими параметрами на метеостанции Таганрог. В ходе численных экспериментов применялись статический и динамический методы разделения общего количества прогностических осадков на жидкую и твердую фракции. Первый метод предполагал наличие пороговой температуры, ниже которой все осадки классифицировались как снег, выше – как дождь. Второй метод учитывал постепенный переход от дождя к снегу на заданном интервале температур. Для зим, отличающихся по количеству осадков в ледовый период, проведен сравнительный анализ результатов моделирования сезонной эволюции толщины морского льда и дана оценка чувствительности модели к выбору метода определения доли твердой и жидкой фазы. Достоверность расчетов определялась путем сопоставления моделируемых и фактических значений толщины морского льда, снятых с ледовых карт ЕСИМО для зимних сезонов с 2007/08 г. по 2010/11 г.

Выводы. Показано, что наиболее оправданными, с точки зрения оптимальных значений сред-неквадратического отклонения и коэффициента корреляции, оказались результаты, полученные при использовании S-образной зависимости доли снега в атмосферных осадках внутри переходного интервала температур. Минимальные ошибки воспроизведения сезонной эволюции толщины льда получены при пороговой температуре, близкой к 2°C, и ширине переходного интервала температур 5–9°С. Для малоснежных зим лучшие результаты были получены при использовании статического метода определения фазы осадков.

Ключевые слова

морской лед, термодинамика, толщина льда, атмосферные осадки, дождь, снег, Азовское море

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2019-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».

Для цитирования

Завьялов Д. Д. Влияние фазового состава атмосферных осадков на сезонную эволюцию снежно-ледяного покрова в вершине Таганрогского залива // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 2. С. 139–155. EDN WROVSB. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-2-139-155

Zavyalov, D.D., 2020. Influence of the Atmospheric Precipitation Phase Composition on Seasonal Evolution of Snow-Ice Cover in the Taganrog Bay Apex. Physical Oceanography, 27(2), pp. 387-396. https://doi.org/10.22449/1573-160X-2020-2-126-141

DOI

10.22449/0233-7584-2020-2-139-155

Список литературы

  1. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. V. Азовское море. СПб. : Гидрометеоиздат, 1991, 237 с.
  2. Rain or snow: hydrologic processes, observations, prediction, and research needs / Adrian A. Harpold [et al.] // Hydrology Earth System Sciences. 2017. Vol. 21. P. 1–22. https://doi.org/https://doi.org/10.5194/hess-21-1-2017
  3. Numerical modelling of snow and ice thicknesses in Lake Vanajavesi, Finland / Yu Yang [et al.] // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2012. Vol. 64, iss. 1. 17202. https://doi.org/10.3402/tellusa.v64i0.17202
  4. McCabe G. J., Wolock D. M. Long-term variability in Northern Hemisphere snow cover and associations with warmer winters // Climatic Change. 2010. Vol. 99. P. 141–153. https://doi.org/10.1007/s10584-009-9675-2
  5. Kienzle S. W. A new temperature based method to separate rain and snow // Hydrological Processes. 2008. Vol. 22. P. 5067–5085. https://doi.org/10.1002/hyp.7131
  6. Dai A. Temperature and pressure dependence of the rain-snow phase transition over land and ocean // Geophysical Research Letters. 2008. Vol. 35. L12802, P. 1–6. https://doi.org/10.1029/2008GL033295
  7. Spatial variation of the rain–snow temperature threshold across the Northern Hemisphere / K. Jennings [et al.] // Nature Communications. 2018. Vol. 9. 1148. P. 1–9. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03629-7
  8. Иванов Б. В., Макштас А. П. Квазистационарная нульмерная модель арктических льдов // Труды ААНИИ. 1990. T. 420. C.18–31.
  9. Яковлев Н. Г. Восстановление крупномасштабного состояния вод и морского льда Северного Ледовитого океана в 1948–2002 гг. Часть 2: состояние ледового и снежного покрова // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45, № 4. C. 513–530.
  10. Кулаков М. Ю., Макштас А. П., Шутилин С. В. AARI–IOCM – совместная модель циркуляции вод и льдов Северного Ледовитого океана // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. № 2. С. 6–18.
  11. Клячкин С. В., Гузенко Р. Б., Май Р. И. Численная модель эволюции ледяного покрова арктических морей для оперативного прогнозирования // Лед и Снег. 2015. T. 55, № 3. С. 83–96. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2015-3-83-96
  12. Завьялов Д. Д. Воспроизведение сезонной эволюции толщины льда в северо-восточной части Азовского моря с использованием различных массивов метеорологических данных // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 3. С. 273–286. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-3-273-286
  13. The atmospheric general circulation model ECHAM-5: model description / E. Roeckner [et al.] // Max-Planck Institute for Meteorology. Hamburg, Germany, 2003, Report 349. 140 p. URL: http://www.researchgate.net/publication/247784697_The_atmospheric general_circulation_model_ECHAM5 (date of access: 05.06.2019)
  14. Hunke E. C., Lipscomb W. H. CICE: the Los Alamos Sea Ice Model. Documentation and Software User’s Manual. Version 4.1 LA-CC-06-012 // Los Alamos National Laboratory, 2010. 76 p. URL:http://clck.ru/MM2E6 (date of access: 05.06.2019).
  15. Завьялов Д. Д., Соломаха Т. А. Влияние снежного покрова на состояние морского льда в Таганрогском заливе // Метеорология и гидрология. 2019. № 1. С. 67–77.
  16. Bartlett P. A., MacKay M. D., Verseghy D. L. Modified Snow Algorithms in the Canadian Land Surface Scheme: Model Runs and Sensitivity Analysis at Three Boreal Forest Stands // Canadian Meteorological and Oceanographic Society, Atmosphere-Ocean. 2006. Vol. 43, iss. 3. P. 207–222. https://doi.org/http://dx.doi.org./10.3137/ao.440301
  17. A new snow thermodynamic scheme for large-scale sea-ice models / O. Lecomte [et al.] // Annals of Glaciology. 2011. Vol. 52, iss. 57. P. 337–346. https://doi.org/ 10.3189/172756411795931453
  18. Кузьмин П. П. Физические свойства снежного покрова. Л. : Гидрометеорологическое издательство, 1957. 179 с.
  19. Осокин Н. И., Сосновский А. В., Чернов Р. А. Коэффициент теплопроводности снега и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI, № 3. С. 60–68. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2017-3(60-68)
  20. Чижов А. Н. Формирование ледяного покрова и пространственное распределение его толщины // Л. : Гидрометеоиздат, 1990. 126 с. URL: https://clck.ru/M9Uuo (дата обращения: 12.08.2019).
  21. Богородский П. В., Пнюшков А. В. Влияние снежниц на формирование многолетнего морского ледяного покрова // Океанология. 2011. Т. 51, № 2. С. 224–231.
  22. Макштас А. П., Богородский П. В., Кустов В. Ю. Быстрое таяние припайного льда в заливе Сого (бухта Тикси) весной 2011 г. // Проблемы Арктики и Антарктики. 2012. № 1 (91). С. 37–47.
  23. Атлас льдов Черного и Азовского морей. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2015. 219 с.
  24. Climatic atlas of the Sea of Azov 2008. / G. Matishov [et al.] // Washington : United States Government Publishing Office. 2008. 148 p. (NOAA Atlas NESDIS 65) repository.library.noaa.gov./view/noaa/1135
  25. Федоренко А. В. Особенности ледового сезона 2007–2008 гг. на Азовском море // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. 2009. № 343. С. 79–88.
  26. Ледовый режим Азовского моря и климат в начале XXI века / Г. Г. Матишов [и др.] // Доклады Академии наук. 2014. Т. 457, № 5. С. 603–607. https://doi.org/10.7868/S0869565214230200

Файлы

Полный текст

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.