Цель. Проанализирована доступная потенциальная энергия и составляющие ее бюджета в Черном море по результатам численного моделирования циркуляции при использовании новой схемы аппроксимации температуры и солености в операторе адвективного переноса.
Методы и результаты. На основе версий модели МГИ, различавшихся схемами аппроксимации адвективных членов, проведено два численных эксперимента. Разница между схемами состоит в том, что в эксперименте 1 выполнялось условие сохранения температуры и солености в первой и второй степени, в эксперименте 2 – температуры в первой и третьей, солености в первой и пятой степени. Получено, что при использовании новой схемы запас доступной потенциальной энергии увеличивается в среднем за год на 30 %. Разница обусловлена уменьшением горизонтальной диффузии в теплый сезон года и уменьшением расхода доступной потенциальной энергии за счет работы силы плавучести в холодный сезон. Валидация результатов моделирования по данным измерений температуры и солености из Банка океанографических данных МГИ показала, что применение новой схемы аппроксимации позволяет уточнить поле плотности и энергетические характеристики в верхнем слое Черного моря. Ниже горизонта 300 м при незначительных расхождениях между модельными и натурными термохалинными характеристиками в двух расчетах выявлены качественные и количественные различия в энергетических полях: увеличивается разница в значениях доступной потенциальной энергии в центральной части и на периферии бассейна, возрастает площадь зон экстремальных значений работы силы плавучести.
Выводы. Использование новой схемы аппроксимации температуры и солености в операторе адвективного переноса позволяет уточнить поле плотности и, как следствие, получить более точные оценки доступной потенциальной энергии циркуляции. В верхнем слое Черного моря (слой постоянного пикноклина и выше) разница между полями энергетических характеристик, рассчитанных в двух экспериментах, обусловлена различиями в пространственном распределении аномалий плотности, при этом абсолютные значения аномалий и максимальные значения энергии в экспериментах близки по величинам. Ниже слоя пикноклина доступная потенциальная энергия увеличивается при использовании новой схемы вследствие того, что изменения температуры и солености приводят к увеличению нормальных к берегу градиентов аномалий плотности.
Purpose. The study is purposed at analyzing the available potential energy and its budget components in the Black Sea based on the results of numerical circulation modeling using a new temperature and salinity approximation scheme in the advective transport operator.
Methods and Results. Two numerical experiments were carried out based on the MHI model versions differing from each other in their approximation schemes of advective terms. The difference between the schemes is that in experiment 1, the condition of conserving temperature and salinity in the first and second degrees is satisfied, whereas in experiment 2 – temperature in the first and third degrees, and salinity in the first and fifth degrees are conserved. It is found that application of the new scheme is accompanied by an increase in the available potential energy reserve by on average 30 % over a year. The difference is conditioned by a decrease in both the horizontal diffusion in a warm season and the consumption of available potential energy through the buoyancy work in a cold season. The modeling results validated by the temperature and salinity measurement data from the MHI Oceanographic Data Bank show that application of the new approximation scheme permits to specify the density field and the energy characteristics in the Black Sea upper layer. Below the 300 m horizon, the discrepancies between the model and in-situ thermohaline fields in two experiments are minor, whereas the qualitative and quantitative distinctions in energy fields are significant: difference in the values of available potential energy in the basin central and periphery parts as well as the area of zones with the extreme buoyancy work values increase.
Conclusions. Application of the new approximation scheme of temperature and salinity in the advective transport operator makes it possible to specify the field density and, as a consequence, to obtain more accurate estimates of the available potential energy of sea circulation. In the Black Sea upper layer (the main pycnoline layer and above), the difference between the fields of energy characteristics calculated in two experiments is due to the differences in spatial distribution of density anomalies, at that the anomaly absolute values and the maximum energy values in the experiments are close in their magnitudes. Below the pycnocline layer, application of the new scheme is followed by the growth of available potential energy since the temperature and salinity changes lead to an increase in the gradients of density anomalies normal to the coast.