Введение к работе
Актуальность темы
диагноз и прогноз температуры поверхности океана. (ТПО) вставляют содержание одного из проектов научной программы "Разрезы" - программы исследования роли энергоактивных зон океана в колебаниях слимата-. Цель данного проекта состоит в изучении процессов, формирующих крупномасштабную структуру и изменчивость ТПО. В этой :вязи одной из основных является задача построения численной модели жеана, пригодной для описания крупномасштабной эволюции гермохалинной структуры глубокого океана и воспроизведения аномалий ГПО. Важным этапом в решении этой проблемы является моделирование слиматического сезонного хода термодинамических полей в океане.
В изучении проблем глобальных изменений климата и процессов юлгопериодного крупномасштабного взаимодействия атмосферы и океана іа временных масштабах порядка десятков-сотен лет "океанская ветвь" шиматической системы играет существенную роль. Особое значение в шиматической циркуляции океана приобретают соленостные эффекты, способные оказывать значительное влияние на формирование глубинной океанской циркуляции, которая, в свою очередь, может деформировать трехмерную термическую структуру и приводить к возникновению ;фупномасшг8бных температурных аномалий на поверхности океана.
Для понимания долгопериодной эволюции совместной климатической системы атмосфера-скеан', причин ее изменчивости и способности воспроизведения методом численного моделирования необходимым условием является построение и апробация "океанического блока" системы. С этой задачей связана настоящая диссертация, преследующая цель дальнейшего развития ранее созданной численной модели термодинамики океана (Залесный, 1984) в интересах более адекватного воспроизводения климатических характеристик глубокого океана, его трехмерной динамики и крупномасштабной термической структуры океанской поверхности.
В.настоящее время существует крупное направление, цель которого состоит в построении и использовании численных. моделей динамики океана для расчета на основе климатических данных наблюдений температуры и солености определенным образом согласованных полей этих термодинамических величин и течений. Для этого применяются полные нелинейные модели одноградусного разрешения по горизонтали,
разработанные группой ученых под руководством А.С. Саркисяна и Ю.Л. Демина. В отличие от названного метода, используемый автором подход позволяет с помощью интегрирования модели невысокого пространственного разрешения на длительный срок, составляющий несколько сотен лет, получить квазиустановившееся решение - так называемый модельный климат, который определяется не задаваемыми климатическими массивами полей температуры и солености, а в большей степени системой уравнений и входными данными, параметризующими атмосферное воздействие на поверхности океана.
Специальным вопросом, рассмотренным в диссертации и тесно связанным с задачей воздействия атмосферы на океан, является изучение влияния процессов образования льда на вертикальную структуру океана. Криосфера вообще (и морской лед, в частности) оказывает значительное влияние на глобальный климат и, следовательно, на хозяйственную деятельность человека. Механизмы, связанные с процессами образования льда, могут воздействовать на процесс формирования и переноса холодных глубинных вод высоких широт в более низкие, опосредованно влияя при этом на долгопериодную эволюцию климатической системы. В этой связи возникает важная с точки зрения моделирования динамики океана задача введения в рассмотрение (хотя бы в простой форме) процесса формирования и эволюции морского льда и изучение его влияния на изменение температурной и соленостной структуры полярного океана, связанного с ним режима образования холодных глубинных вод и, далее, абиссальной глобальной структуры океана.
Цели работы
1. Усовершенствовать построенную ранее ' численную модель
крупномасштабной циркуляции Северной Атлантики и изучить ее
способность воспроизводить климатический сезонный ход полей течений,
температуры и солености при заданном атмосферном воздействии на его
поверхности. В этом случае важнейшей характеристикой численного
решения является рассчитанная в модели температура поверхности
океана.
2. Изучить формирование глубоководной термохалинной структуры и
циркуляции океана под воздействием эффектов солености, а также
различных граничных условий для температуры на поверхности океана.
3. Построить численную модель образования морского льда,
іособную функционировать в общей модели крупномасштабной динамики свана.
4. Изучить основные эффекты морского льда, влияющие на зменение температурной, соленостной и плотностной структур океана в jcokhx широтах.
Научная новизна диссертации состоит в развитии численной модели . бщей циркуляции океана и исследовании с ее помощью путем нтегрирования на сотни лет закономерностей формирования модельного лимата Северной Атлантики. Проведен большой ряд вычислительных кспериментов, направленных на изучение основных климатических изических процессов.
Изучено влияние эффектов солености на формирование рупномасштабной структуры термодинамических полей и циркуляцию одных масс.
- По заданному атмосферному воздействию получены сезонный ход и
лиматические поля течений, температуры и солености, включая
емпературу поверхности океана.
Проведен анализ распределения квазигеострофического .отенциального вихря в рассчитанном климатическом состоянии.
- Модифицирована термодинамическая модель морского льда, и с
юмощыо соединения ее с локально-одномерной моделью океана
юследовано влияние эффектов льде на термохалинную структуру океана.
Практическая значимость работы
Проведенные с моделью общей циркуляции океана численные жсперкменты и их анализ показывают, что разработанная модель адекватно воспроизводит крупномасштабную динамику и термохалинные юля Северной" Атлантики. Она мокет быть использована, в соединении с гаделыо атмосферы, для исследования короткопериодных изменений слимата, формирования аномалий ТПО и их атмосферного отклика, для ізучения глобального изменения климата под воздействием антропогенных газовых примесей, например С0_. На расширенной акватории модель монет быть в дальнейшем использована для зоспроизведения множественности режимов циркуляции.океана.
Данная численная модель реализована на МВД "Эльбрус-2" и PC AT 586 а снабяена пакетом графических программ.
1-г
Апробация работы
Результаты работы докладывались на семинарах ИВМ РАН, н, конференции молодых уч5ных НИТИ в 1985г., на школе-семинаре ть калибрации численных моделей в рамках программы "Разрезы" в Вар» (Болгария) в 1989 г., на Всесоюзном совещании го программе "Разрезы в Одессе в 1990 г.
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в пяти работах одна из которых выполнена без соавторов.
Структура и объбм работы
Диссертация состоит из введения, четырЗх глав, заключения і списка используемой литературы. Общий объбм диссертации 109 страниц, библиография включает 55 наименований отечественной и зарубежно! литературы, в диссертацию включены 22 страницы с рисунками.