Введение к работе
Актуальность. Работа посвящена взаимодействию океан-атмосфера на синоптическом и климатическом масштабах. Хотя в параметризации обмена на границе и в исследовании обратных связей между процессами в океане и атмосфере в течение последних 30 лет получены значительные результаты, взаимосогласованная количественная картина процессов взаимодействия в широком диапазоне масштабов отсутствует. Мы не имеем достоверных оценок климатических потоков энергии океан-атмосфера и меридионального тешгопереноса, не знаем истинного уровня интегральных ошибок расчетов и лишь качественно можем охарактеризовать вклад отдельных факторов в эти ошибки. Мы не знаем даже качественно, как менялись от года к году и от декады к декаде потоки энергии между океаном и атмосферой и меридональные потоки тепла и пресной воды. Долгое время представления о синоптическом взаимодействии и его роли в крупномас-шабных процессах оставались на качественном уровне, что сдерживало работы по моделированию взаимодействующих пограничных слоев океана и атмосферы. Существует явный недостаток физически обоснованных количественных параметров синоптической изменчивости, которые служили бы эффективными индикаторами климатических изменений, в частности, Северо-Атлантического колебания - важнейшего феномена климатической изменчивости. Как результат, мы не имеем обоснованных объяснений ряда современных изменений климата, в частности резкого возрастания штормовой активности в Северной Атлантике в 1980-х - 1990-х годах. Эти проблемы приоритетны для многих программ, развивающихся под эгидой Всемирной Климатической Программы (CLIVAR, GEWEX и других).
Главная цель работы - получение физически обоснованной количественной картины крупномасштабного и синоптического взаимодействия океан-атмосфера и оценка роли различных масштабов в формировании энергетических характеристик океана и атмосферы. Для достижения этой цели в работе решаются следующие основные задачи:
количественная оценка ошибок и неопределенностей в расчетах климатических потоков энергии на границе океан-атмосфера и их сезонной и межгодовой изменчивости;
получение достоверных оценок величин потоков тепла, влаги и импульса на поверхности Северной Атлантики и оценка климатических изменений меридиональных переносов энергии;
экспериметальное количественное описание и параметризация ключевых процессов синоптического взаимодействия океана и атмосферы в средних широтах Северной Атлантики;
исследование климатических изменении интенсивности синоп
тических процессов в Северо-восточной Атлантике и их роли в
наблюдаемых изменениях ТПО, атмосферной циркуляции и
штормовой активности.
Предметом защиты является разработка и решение фундаментальной научной проблемы - получения взаимосогласованных количественных оценок процессов взаимодействия океана и атмосферы на масштабах от нескольких часов до десятилетий и параметризации взаимосвязей между процессами различных масштабов. Основные положения, выносимые на защиту, содержат результаты, полученные автором впервые, что определяет новизну результатов диссертации:
количественная оценка и параметризация эффектов пространственно-временного осреднения при расчетах полей потоков тепла, влаги и импульса в широком диапазоне масштабов;
оценки климатических потоков тепла и импульса на границе океан-атмосфера и меридионального переноса в Северной Атлантике со всеобъемлющим анализом ошибок;
расчет климатических полей характеристик волнения и напряжения трения, по данным попутных наблюдений, с учетом стадии развития волн, оценки климатологической значимости потока импульса за счет взаимодействия ветра и волн;
анализ междекадной изменчивости теплообмена океан-атмосфера и меридионального переноса тепла и установление двух основных режимов меридионального переноса;
экспериментальный количественный анализ и параметризация основных процессов взаимодействия внетропических циклонов с океаном;
анализ климатической изменчивости интенсивности синоптических процессов и ее связи с Северо-Атлантическим колебанием и аномалиями температуры поверхности океана;
всесторонний анализ достоверности "штормового взрыва" северо-восточной Атлантики, показавший отсутствие значимых доказательств увеличения штормовой активности.
Практическая ценность результатов состоит в возможности использования полученных оценок в практике климатических расчетов, и при решении прикладных задач. Оценки точности расчетов потоков тепла легли в основу стратегии в области развития систем наблюдений за океаном в рамках программ CLIVAR, EuroGOOS, и других. Параметризации эффектов осреднения и процессов синоптического взаимодействия уже используются в моделях общей циркуляции атомсферы и океана и в практике оперативного анализа. Рассчитанные поля напряжения трения с учетом возраста волн используются в экспериментах с моделями циркуляции океана в Институте мореве-дения (г.Киль). Предложенные коррекции скорости ветра использу-
ются в подготовке новых версий массива попутных наблюдений COADS. Климатические статистики полей волн, в Северной Атлантике, и оценки климатических изменений волн и зыби используются при стратегических экспертизах British Marine Technologies' Ltd. и имеют ценность для компаний, ведущих добычу нефти в море, и морских грузоперевозчиков. Поля ветра, волн, потоков испарения и импульса используется для калибращш WAM модели в KNMI (de Bilt) и ECMWF, а также спутниковых наблюдений ERS-1/2 и TOPEX/POSEYDON в SOC (Southampton) и IFREMER (Plousane). Оценки синоптической изменчивости потоков тепла в экспериментах НЫОФАЭКС-88 и АТЛАНТЭКС-90 используются для калибрации спутниковых наблюдений в ИРЭ РАН. Ряд работ автора используется для обучения студентов по специальностям океанология, метеорология и климатология на географическом факультете МГУ.
Личный вклад автора, апробация работы, публикации, структура и объем работы. Все результаты, представленные в работе, получены лично автором. Ряд результатов по синоптическому взаимодействию получен в соавторстве с А.В.Колшжо, а также аспирантами автора Е.Б. Тонкачеевым, И.М. Яшаяевым и И.И. Зверяевым. Автор являлся руководителем программы исследования взаимодействия океана и атмосферы экспериментов НЫОФАЭКС-88 и АТЛАНТЭКС-90, и участвовал лично во всех других экспедициях, результаты которых представлены в работе. По теме диссертации опубликовано 59 работ, список публикаций представлен в приложении 1. Основные фрагменты работы докладывались на многих национальных и международных конференциях и совещаниях и семинарах ведущих институтов. Список основных докладов приведен в приложении П. Диссертация состоит из 9 разделов, включающих Введение, описание основных результатов, выводы и список литературы из 377 названий. Работа содержит 219 страниц текста, включая 12 таблиц и 57 рисунков.
