Моделирование большого балтийского затока с помощью совместной модели Северного и Балтийского морей

Н. А. Тихонова1, 2, ✉, Е. А. Захарчук1, М. В. Виноградов1, 2, В. С. Травкин1, 2

1 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия

2 Государственный океанографический институт имени Н. Н. Зубова, Росгидромет, Москва, Россия

✉ e-mail: nata-tik@yandex.ru

Аннотация

Цель. С помощью численного моделирования исследованы структура и пути движения потоков трансформированных североморских вод в Балтийском море в период формирования и распространения большого балтийского затока, произошедшего в декабре 2014 г.

Методы и результаты. Для достижения цели на базе модели INMOM разработана трехмерная бароклинная гидродинамическая модель Северного и Балтийского морей, имеющая сферическую сеточную область с детализацией в Датских проливах. Проведен численный эксперимент, в рамках которого рассчитаны поля океанологических характеристик в системе двух морей за период с 1 января 2014 по 31 декабря 2015 г. Сравнение рассчитанных по модели значений солености и характеристик течений с измеренными на станциях Дарсс Силл и Аркона, а также с данными регионального реанализа BSPAF показало, что модель INMOM в основном лучше воспроизводит изменения солености и характеристики средних течений, чем данные реанализа. По результатам моделирования описаны особенности вертикальной изменчивости солености и течений в Датских проливах во время формирования большого балтийского затока. Оценены среднесуточные и суммарные объемы переносимых вод в проливах Зунд, Большой и Малый Бельты в основной период большого затока. Описаны особенности распределения полей придонной солености в различные периоды его формирования. С помощью лагранжева моделирования описаны пути распространения вод большого балтийского затока.

Выводы. Оценки водообмена, полученные с помощью модели INMOM, свидетельствуют, что в декабре 2014 г. во время основного периода большого балтийского затока всего через Датские проливы прошло 241,4 км3 каттегатских вод. Наибольшая их часть распространялась через пролив Большой Бельт (170,9 км3), в то время как через пролив Зунд прошло всего 68,9 км3. Влияние пролива Малый Бельт на транспорт вод во время большого затока оказалось очень незначительным (всего 1,6 км3). Исследование путей распространения по Балтике трансформированных североморских вод по окончании затока показывает, что во́ды большого балтийского затока после прохождения Датских проливов широким потоком распространяются в Юго-Западную Балтику, затем проникают в Гданьский залив и движутся далее по циклонической траектории через глубоководные районы восточного и северного Готландских бассейнов, не проникая в Финский залив, а к концу декабря 2015 года достигают Ландсортской впадины в западном Готландском бассейне.

Ключевые слова

гидродинамическое моделирование, INMOM, Балтийское море, Северное море, Датские проливы, большой балтийский заток, соленость Балтийского моря, течения Балтийского моря, региональный реанализ гидрофизических полей, водообмен, соленость воды, уровень моря, стратификация вод, лагранжево моделирование

Благодарности

Работа выполнена за счет гранта РНФ № 24-27-00412 «Уточнение механизмов генерации и нестационарности больших балтийских затоков» https://rscf.ru/project/24-27-00412/.

Для цитирования

Моделирование большого балтийского затока с помощью совместной модели Северного и Балтийского морей / Н. А. Тихонова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 2. С. 185–212. EDN TGBETI.

Tikhonova, N.A., Zakharchuk, E.A., Vinogradov, M.V. and Travkin, V.S., 2025. Modeling of the Major Baltic Inflow Using a Joint Model of the North and Baltic Seas. Physical Oceanography, 32 (2), pp. 211-237.

Список литературы

  1. Dickson R. R. The prediction of major Baltic inflows // Deutsche hydrographische Zeitschrift. 1973. Vol. 26. P. 97–105. https://doi.org/10.1007/BF02232597
  2. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том 3. Балтийское море. Вып. I. Гидрометеорологические условия / под редакцией Ф. С. Терзиева, В. А. Рожкова, А. И. Смирновой. Санкт-Петербург : Гидрометеоиздат, 1992. 450 с. (Проект «Моря СССР»).
  3. Fischer H., Matthäus W. The importance of the Drogden Sill in the sound for major Baltic inflows // Journal of Marine Systems. 1996. Vol. 9, iss. 3–4. P. 137–157. https://doi.org/10.1016/S0924-7963(96)00046-2
  4. Matthäus W. The history of investigation of salt water inflows into the Baltic Sea – from the early beginning to recent results // Meereswissenschaftliche Berichte. Warnemünde : Institut für Ostseeforschung, 2006. No. 65. 73 p. https://doi.io-warnemuende.de/10.12754/msr-2006-0065
  5. Fresh oxygen for the Baltic Sea – An exceptional saline inflow after a decade of stagnation / V. Mohrholz [et al.] // Journal of Marine Systems. 2015. Vol. 148. P. 152–166. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2015.03.005
  6. Тихонова Н. А., Сухачев В. Н. Волновая интерпретация больших балтийских затоков // Метеорология и гидрология. 2017. № 4. С. 67–79. EDN YJWLAD.
  7. Нестационарность гидрометеорологических процессов Балтийского моря в условиях меняющегося климата / Е. А. Захарчук [и др.] // Труды Государственного океанографического института. 2017. № 218. С. 6–62. EDN YLMAZW.
  8. Leppäranta M., Myrberg K. Topography and hydrography of the Baltic Sea // Physical Oceanography of the Baltic Sea. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2009. P. 41–88. (Springer Praxis Books). https://doi.org/10.1007/978-3-540-79703-6
  9. Захарчук Е. А., Кудрявцев А. С., Сухачев В. Н. О резонансно-волновом механизме больших балтийских затоков // Метеорология и гидрология. 2014. № 2. С. 56–68. EDN RUXQAD.
  10. Wyrtki K. Die Dynamik der Wasserbewegungen in Fehmarnbelt // Kieler Meeresforschungen. 1953. Bd. IX, H. 2. S. 155–170.
  11. Madsen K. S., Højerslev N. K. Long-term temperature and salinity records from the Baltic Sea transition zone // Boreal Environment Research. 2009. Vol. 14. P. 125–131.
  12. Gräwe U., Friedland R., Burchard H. The future of the western Baltic Sea: two possible scenarios // Ocean Dynamics. 2013. Vol. 63, Iss. 8. P. 901–921. EDN VOZNZD. https://doi.org/10.1007/s10236-013-0634-0
  13. Stigebrandt A. A Model for the Exchange of Water and Salt between the Baltic and the Skagerrak // Journal of Physical Oceanography. 1983. Vol. 13, iss. 3. P. 411–427. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1983)013%3C0411:AMFTEO%3E2.0.CO;2
  14. Meier H. E. M., Kjellström E., Graham L. P. Estimating uncertainties of projected Baltic Sea salinity in the late 21st century // Geophysical Research Letters. 2006. Vol. 33, iss. 15. L15705. https://doi.org/10.1029/2006GL026488
  15. Neumann T. Climate-change effects on the Baltic Sea ecosystem: a model study // Journal of Marine Systems. 2010. Vol. 81, iss. 3. P. 213–224. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2009.12.001
  16. Freshwater outflow of the Baltic Sea and transport in the Norwegian current: A statistical correlation analysis based on a numerical experiment / R. Hordoir [et al.] // Continental Shelf Research. 2013. Vol. 64. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.csr.2013.05.006
  17. Dynamics of medium-intensity dense water plumes in the Arkona Basin, Western Baltic Sea / H. Burchard [et al.] // Ocean Dynamics. 2005. Vol. 55, iss. 5. P. 391–402. EDN CHLLSA. https://doi.org/10.1007/s10236-005-0025-2
  18. Transverse structure of turbulence in a rotating gravity current / L. Umlauf [et al.] // Geophysical Research Letters. 2007. Vol. 34, iss. 8. L08601. https://doi.org/10.1029/2007GL029521
  19. Lehmann A., Myrberg K. Upwelling in the Baltic Sea – A review // Journal of Marine Systems. 2008. Vol. 74, suppl. 1. P. S3–S12. EDN MZPSYP. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2008.02.010
  20. Fennel W., Seifert T., Kayser B. Rossby radii and phase speeds in the Baltic Sea // Continental Shelf Research. 1991. Vol. 11, iss. 1. P. 23–36. https://doi.org/10.1016/0278-4343(91)90032-2
  21. Reißmann J. H. On the representation of regional characteristics by hydrographic measurements at central stations in four deep basins of the Baltic Sea // Ocean Science. 2006. Vol. 2, iss. 1. P. 71–86. https://doi.org/10.5194/os-2-71-2006
  22. Baroclinic Rossby radius of deformation in the southern Baltic Sea / R. Osiński [et al.] // Oceanologia. 2010. Vol. 52, iss. 3. P. 417–429. EDN OLVCBP. http://dx.doi.org/10.5697/oc.52-3.417
  23. Comparative analysis of the first baroclinic Rossby radius in the Baltic, Black, Okhotsk, and Mediterranean seas / A. Kurkin [et al.] // Russian Journal of Earth Sciences. 2020. Vol. 20. ES4008. EDN QIGHRF. https://doi.org/10.2205/2020ES000737
  24. Zhang Y. J., Stanev E. V., Grashorn S. Unstructured-grid model for the North Sea and Baltic Sea: Validation against observations // Ocean Modelling. 2016. Vol. 97. P. 91–108. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2015.11.009
  25. Numerical simulation of large-scale ocean circulation based on the multicomponent splitting method / V. B. Zalesny [et al.] / Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2010. Vol. 25, iss. 6. P. 581–609. EDN OHOLSZ. https://doi.org/10.1515/rjnamm.2010.036
  26. Дианский Н. А. Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия. Москва : Физматлит, 2013. 272 с. EDN UGLFQB.
  27. Brydon D., Sun S., Bleck R. A new approximation of the equation of state for seawater, suitable for numerical ocean models // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C1. P. 1537–1540. https://doi.org/10.1029/1998JC900059
  28. Pacanovsky R. C., Philander G. H. Parametrization 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)011%3C1443:POVMIN%3E2.0.CO;2
  29. Yakovlev N. G. Reproduction of the large-scale state of water and sea ice in the Arctic Ocean from 1948 to 2002: Part II. The state of ice and snow cover // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2009. Vol. 45, iss. 4. P. 478–494. EDN MWULCR. https://doi.org/10.1134/S0001433809040082
  30. Hunke E. C., Dukowicz J. K. An elastic-viscous-plastic model for sea ice dynamics // Journal of Physical Oceanography. 1997. Vol. 27, iss. 9. P. 1849–1867. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1997)027%3C1849:AEVPMF%3E2.0.CO;2
  31. Influence of sea level rise on the dynamics of salt inflows in the Baltic Sea / R. Hordoir [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2015. Vol. 120, iss. 10. P. 6653–6668. https://doi.org/10.1002/2014JC010642
  32. Sea-ice evaluation of NEMO-Nordic 1.0: A NEMO-LIM3.6-based ocean-sea-ice model setup for the North Sea and Baltic Sea / P. Pemberton [et al.] // Geoscientific Model Development. 2017. Vol. 10, iss. 8. P. 3105–3123. EDN YIYVJS. https://doi.org/10.5194/gmd-10-3105-2017
  33. Nerger L., Hiller W., Schröter J. A comparison of error subspace Kalman filters // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2005. Vol. 57, iss. 5. P. 715–735. https://doi.org/10.3402/tellusa.v57i5.14732
  34. Prants S. V., Uleysky M. Yu., Budyansky M. V. Lagrangian Oceanography : Large-scale Transport and Mixing in the Ocean. Cham : Springer, 2017. 273 p. (Physics of Earth and Space Environments). EDN MGKIZN. https://doi.org/10.1007/978-3-319-53022-2
  35. Mattsson J. Some comments on the barotropic flow through the Danish straits and the division of the flow between the Belt Sea and the Öresund // Tellus A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 1996. Vol. 48, iss. 3. P. 456–464. https://doi.org/10.3402/tellusa.v48i3.12071
  36. Propagation of impact of the recent major baltic inflows from the Eastern Gotland basin to the Gulf of Finland / T. Liblik [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2018. Vol. 5. 222. EDN YJWEBN. https://doi.org/10.3389/fmars.2018.00222

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.