Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы проведены исследования, доказывающие значительную роль океана в формировании климата. Тепловое состояние океана влияет на погодные условия как над океаном, так и над континентами. Исследования взаимодействия океана и атмосферы рассматриваются сейчас как возможная основа для создания новых методов долгосрочного прогноза погоды и короткопериодных колебаний климата. С этой целью изучаются процессы формирования аномалий теплосодержания океана и реакция атмосферы на возникающие в океане аномалии. На короткопериодные колебания климата оказнвают. в основном, внутригодовые колебания теплового состояния океана и поэтому наибольшее внимание уделяется изучению изменчивости термической структуры океана именно этого масштаба. Но основную массу исходных данных по-прежнему составляют эпизодически получаемые океанографические станции. Количество данных в прибрежных и центральных районах океана весьма различно. И совершенно ясно, что обширнейшие открытые пространства океана не обеспечены должным количеством материалов наблюдений. На сегодняшний день отсутствие достаточного количества информации равномерно распределенной по всей акватории океана может быть восполнено модельным распределением термогидродинамических характеристик. При помощи несложной знергосбалансирован-ной модели возможен расчет годового хода тепловых характеристик на акватории целого океана. Также, с использованием модельных расчетов можно дать оценку роли основных механизмов в Формировании и распределении аномалий теплового состояния океана, влияющих на короткопериодные колебания климата.
Знание свойств термогидродинамических процессов в верхнем слое океана необходимо для решения теоретических и прикладных задач прогнозирования, рыбного промысла и взутих сфер деятельности человека, связанных с морем.
Необходимость теоретического и практического изучения процессов, происходящих в деятельном слое океана, определила выбор темы исследования.
Цель и задачи исследования. Целью работы является изучение процессов формирующих климатический годовой ход тепловых
-4.
характеристик деятельного слоя Северной Атлантики, а также процессов образоваїіия и перераспределения тегловых аномалий в деятельном слое Северной Атлантики и их связи с атмосферными аномалиями.
В процессе проведения работы решались следующие основные задачи:
-
Разработать адвективную модель деятельного слоя Северной Атлантики на основе имеющихся моделей.
-
С помощью этой модели воспроизвести циклическую годовую эволюцию характеристик деятельного слоя Северной Атлантики.
3. ПроЕести проверку достоверности модельного расчета
термической структура деятельного слоя Северной Атлантики по
натурным данным.
-
Исследовать влияние корогкопериодкых изменений атмосферы на формирование аномалий в верхнем слое океана.
-
Путем модельного расчета выявить основные закономерности пространственно-временной . изменчивости характеристик деятельного слоя на акватории Северной Атлантики.
-
Исследовать механизмы формирования аномалий теплового состояния деятельного слоя Северной Атлантики на основе результатов моделирования по многолетним натурным данным.
Метод исследования. Численное . моделирование теплового состояния верхнего слоя Северной Атлантики с помощью интегральной модели деятельного слоя океана.
Научная новизна работы. На основе существующей локальной версии разработана адвективная двухслойная модель деятельного слоя океана, обеспечивающая баланс тепла в течение годового цикла. Впервые с использованием этой модели с достаточной точностью воспроизведен климатический годовой ход характеристик ВКС на акватории всей Северной Атлантики.
Проведен анализ процессов формирования и изменчивости теплового состояния верхнего слоя Северной Атлантики.
На основе моделирования выявлена роль различных механизмов в формировании очагов накопления и высвобождения тепла в атмосферу, а также зон трансформации теплового состояния океана.
Показана необходимость учета вертикальных и горизонталь-
5.
wax потоков тепла за счет адвекции тепла течениями в верхнем слое океана.
В результате выполненных расчетов стало возможным проведение сценки вклада отдельных факторов в формирование теплосодержания деятельного слоя Северной Атлантики на протяжении годового цикла.
Исследовано тепловое и динамическое воздействие атмосферы на изменения термической структуры деятельного слоя Северной Атлантики и проведен анализ реакции на эти воздействия.
Проведен модельный расчет тепловых характеристик ВКС в Северной Атлантике по фактическим данным о состоянии атмосферы за конкретный период лет и проведен анализ достоверности этого расчента..
Показано, что при тепловом влиянии атмосферы, основным механизмом при распределении аномалий температуры ВКС является горизонтальная адвекция тепла течениями.
Исследовано формирование аномалий тепловых характеристик деятельного слоя Северной Атлантики и их пространственно-временной изменчивости.
Исследована зависимость изменчивости аномалий теплосодержания верхнего слоя океана от различных процессов, протекающих как внутри деятельного слоя, так и на его границах.
Проведен анализ временной структуры колебаний аномалий характеристик атмосферы и океана в различных районах Северной Атлантики и сделано сравнение основных периодов колебаний в океане для этих районов.
Практическое значение работы. Простота реализации адвективной двухслойной модели деятельного слоя океана и достаточно успешное воспроизведение временной эволюции тепловых характеристик, позволяют использовать такой подход в изучении физических механизмов формирования в океане очагов накопления и высвобождения тепла, а также позволяют оценить роль отдельных факторов в образовании теплоэапаса верхнего пограничного слоя океана в различные сезоны для k различных районов Северной Атлантики.
Значительную роль может сыграть данный модельный подход при выявлении связей между различными характеристиками, как внутри океана, так и на его' границах в период формирования
6. '
тепловых аномалий в верхнем слое океана или в атмосфере.
Полученные результаты исследований могут быть использованы при составлении новых методик долгосрочного прогноза погоды и при изучении короткодериодных изменений климата.
На защиту выносится:
1. Адвективная версия двухслойной интегральной модели
деятельного слоя океана, состроенная на основе существующей
локальной модели, разработанной в ЛОИОАН СССР.
-
Результаты расчета климатической годовой изменчивости характеристик верхнего слоя Северной Атлантики.
-
Анализ преетракственга-временного распределения термогидродинамических параметров деятельного слоя океана.
-
Результаты численных экспериментов по исследованию теплового и динамического влияний атмосферы на пространственное распределение и временную изменчивость теплового состояния деятельного слоя океана.
-
Результаты расчета температуры перемешанного слоя по фактическим данным о состоянии атмосферы за 18 летний период с 1957 по 1974 годы.
-
Результаты исследования роли основных механизмов в формировании и перераспределении климатического и аномального теплового состояния верхнего слоя в различных районах океана в течение годового цикла.
-
Анализ времзнной структуры тепловых характеристик деятельного слоя Северной Атлантики, проведенный на - основе спектрального метода.
Апробация работы Отдельные главы настоящей работы докладывались и обсуждались на конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в решения современных проблем океанологии"(Севастополь, 1988), на III Всесоюзном съезде советских океанологов (Ленинград, 1987). на Ленинградской областной конференции молодых ученых (Ленинград, 1988), на конференции "Проблемы комплексной автоматизации гидрофизических исследований" (Севастополь, 1989). на итоговой сессии Ученого Совета ЛШ в 1990 году и на VIII Всесоюзной конференции промысловой океанологии (Ленинград,1990). В полном объеме диссертация докладывалась на заседании кафедры Промысловой океанологии ЛТЫИ в октябре 1991года. По теме диссертации опубликовано 8 статей.
?.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Обдай объем работы составляет 195 страниц; в ней содержатся 1 таблица. 45 рисунков и список литературы из 129 наименований.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в постановке изложенных задач, в обосновании методов их решения и в выполнении численных экспериментов и анализа полученных результатов.
