Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 220-232
Воспроизведение глубоководной циркуляции Черного моря с помощью модели INMOM и сопоставление результатов с данными буев ARGO
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-3-220-232Аннотация
Цель. Анализируются результаты численного моделирования гидрофизических характеристик Черного моря за 2011 г.
Методы и результаты. Гидрофизические поля рассчитаны с помощью версии σ-модели морской циркуляции INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model) для акватории Черного, Азовского и Мраморного морей с горизонтальным разрешением 1 км и с 20 неравномерно распределенными σ-уровнями по вертикали. Оценка качества воспроизведения полей солености и температуры проводится путем сравнения с доступными за рассматриваемый период данными глубоководных буев-профилемеров ARGO. Степень соответствия рассчитанных полей течений реальным оценивается исходя из средних глубоководных скоростей течений, рассчитанных по данным перемещения буев ARGO.
Выводы. Результаты проведенного сравнительного анализа продемонстрировали, что INMOM хорошо воспроизводит распределение по глубине гидрофизических характеристик Черного моря. Анализ результатов сравнения рассчитанных значений температуры и солености с данными, полученными с буев ARGO, показал, что наибольшие значения отклонений рассматриваемых характеристик водной среды относятся к верхним слоям моря (0–100 м). В более глубоководных слоях (300–1500 м) уровень согласованности результатов моделирования и натурных данных значительно выше. На горизонтах ниже глубины 800 м выявлена антициклоническая циркуляция глубоководных течений со скоростями, достигающими 1,5 см/с. Обнаруженная особенность нехарактерна для общепринятой схемы циклонической циркуляции вод Черного моря.
Список литературы
1. Численные эксперименты по реконструкции глубинных течений в Черном море / С. Г. Демышев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 2. С. 38–52. doi:10.22449/0233-7584-2016-2-38-52
2. Павлушин А. А., Шапиро Н. Б., Михайлова Э. Н. Роль рельефа дна и β-эффекта в динамике Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 6. С. 27–39. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-27-39
3. Stanev E. V. On the mechanisms of the Black Sea circulation // Earth-Science Reviews. 1990. Vol. 28, iss. 4. P. 285-319. https://doi.org/10.1016/0012-8252(90)90052-W
4. Булгаков С. Н., Коротаев Г. К., Уайтхэд Дж. А. Роль потоков плавучести в формировании крупномасштабной циркуляции и стратификации вод моря. Часть 2: лабораторные эксперименты // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1996. Т. 32, № 4. С. 557–564.
5. Саркисян А. С., Джиоев Т. З. Диагностическая модель и расчет течений в Черном море // Метеорология и гидрология. 1974. № 3. С. 71–76.
6. Марчук Г. И., Кордзадзе А. А., Скиба Ю. Н. Расчет основных гидрологических полей Черного моря на основе метода расщепления // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11, № 4. C. 379–393.
7. Петренко Л. А., Кушнир В. М. Климатические придонные течения в Черном море // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. Вып. 14. С. 477–486.
8. Расчет течений и распространения загрязнения в прибрежных водах Большого Сочи / Н. А. Дианский [и др.] // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 6. C. 664–675. doi:10.7868/S0002351513060047
9. Splitting Numerical Technique with Application to the High Resolution Simulation of the Indian Ocean Circulation / G. I. Marchuk [et al.] // Pure and Applied Geophysics. 2005. Vol. 162, iss. 8–9. P. 1407–1429. https://doi.org/10.1007/s00024-005-2677-8
10. Developments in ocean climate modelling / S. M. Griffies [et al.] // Ocean Modelling. 2000. Vol. 2, iss. 3–4. P. 123–192. https://doi.org/10.1016/S1463-5003(00)00014-7
11. 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
12. Numerical model of the circulation of the Black Sea and the Sea of Azov / V. B. Zalesny [et al.] // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2012. Vol. 27, iss. 1. P. 95–112. doi:10.1515/rnam-2012-0006
13. Полонский А. Б., Шокурова И. Г., Белокопытов В. Н. Десятилетняя изменчивость температуры и солености в Черном море // Морcкой гидрофизический журнал. 2013. № 6. C. 27–41.
14. Pacanowski R. C., Philander S. G. H. Parametrization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, no. 11. Р. 1443–1451. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0111443:POVMIN2.0.CO;2
15. Does nudging squelch the extremes in regional climate modeling? / T. L. Otte [et al.] // Journal of Climate. 2012. Vol. 25, no. 20. P. 7046–7066. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00048.1
16. Дорофеев В. Л., Сухих Л. И. Моделирование долговременной эволюции гидрофизических полей Черного моря // Океанология. 2017. Т. 57, № 6. С. 871–884. doi:10.7868/S003015741706003X
17. Дианский Н. А., Багно А. В., Залесный В. Б. Сигма-модель глобальной циркуляции океана и ее чувствительность к вариациям напряжения трения ветра // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38, № 4. С. 537–556.
18. North Atlantic simulations in Coordinated Ocean-ice Reference Experiments phase II (CORE-II). Part I: Mean states / G. Danabasoglu [et al.] // Ocean Modelling. 2014. Vol. 73. P. 76–107. doi:10.1016/j.ocemod.2013.10.005
19. Ретроспективные расчеты циркуляции и ледяного покрова Охотского моря на основе современных технологий численного моделирования / Н. А. Дианский [и др.] // Вести газовой науки. Пос. Развилка, Московская обл. : Газпром ВНИИГАЗ, 2017. № 4(32). С. 82–93.
20. Lorenc A. C., Bell R. S., Macpherson B. The Meteorological Office analysis correction data assimilation scheme // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 1991. Vol. 117, iss. 497. Р. 59–89. https://doi.org/10.1002/qj.49711749704
21. Маркова Н. В., Багаев А. В. Оценка скоростей глубоководных течений в Черном море по данным дрейфующих буев-профилемеров ARGO // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 3. С. 26–39. doi:10.22449/0233-7584-2016-3-26-39
22. Development of Black Sea nowcasting and forecasting system / G. K. Korotaev [et al.] // Ocean Science. 2011. Vol. 7, iss. 5. P. 629–649. doi:10.5194/os-7-629-2011
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 220-232
Reconstruction of the Black Sea Deep-Water Circulation Using INMOM and Comparison of the Results with the ARGO Buoys Data
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-3-220-232Abstract
Purpose. The present paper is focused on theoretical analysis of hydrophysical characteristics of the Black Sea in 2011.
Methods and Results. The Black Sea hydrophysical characteristics are calculated using a version of the marine circulation σ-model (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model – INMOM) for the Black, Azov and Marmara seas (BAMS) with high spatial 1 km resolution and 20 σ-levels distributed non-uniformly over the depth. Quality of the simulated salinity and temperature fields is assessed by their comparison with the data of the ARGO deep-profiling floats available for the period under consideration. Degree of correspondence of the modeled current fields to the observed ones is estimated based on the average deep-sea current velocities calculated from the data on the Argo profiling floats’ movements.
Conclusion. The comparative analysis results show that the INMOM adequately reproduced vertical distribution of the Black Sea hydrophysical characteristics. Comparison of the simulated temperature and salinity fields with those derived from the ARGO buoys data demonstrates the fact that the strong-est deviations of the characteristics under study are observed in the sea upper layers (0–100 m); whereas in the deep-water layers (300–1500 m), the degree of consistency between the simulated results and the field data is much more higher. On the depths below 800 meters, the deep-sea anticyclonic flows with the velocities attaining 1.5 cm/s are present. The revealed feature is not typical of the generally accepted scheme of the Black Sea cyclonic circulation.
References
1. Chislennye eksperimenty po rekonstruktsii glubinnykh techenii v Chernom more / S. G. Demyshev [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 2. S. 38–52. doi:10.22449/0233-7584-2016-2-38-52
2. Pavlushin A. A., Shapiro N. B., Mikhailova E. N. Rol' rel'efa dna i β-effekta v dinamike Chernogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 6. S. 27–39. doi:10.22449/0233-7584-2017-6-27-39
3. Stanev E. V. On the mechanisms of the Black Sea circulation // Earth-Science Reviews. 1990. Vol. 28, iss. 4. P. 285-319. https://doi.org/10.1016/0012-8252(90)90052-W
4. Bulgakov S. N., Korotaev G. K., Uaitkhed Dzh. A. Rol' potokov plavuchesti v formirovanii krupnomasshtabnoi tsirkulyatsii i stratifikatsii vod morya. Chast' 2: laboratornye eksperimenty // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 1996. T. 32, № 4. S. 557–564.
5. Sarkisyan A. S., Dzhioev T. Z. Diagnosticheskaya model' i raschet techenii v Chernom more // Meteorologiya i gidrologiya. 1974. № 3. S. 71–76.
6. Marchuk G. I., Kordzadze A. A., Skiba Yu. N. Raschet osnovnykh gidrologicheskikh polei Chernogo morya na osnove metoda rasshchepleniya // Izvestiya AN SSSR. Fizika atmosfery i okeana. 1975. T. 11, № 4. C. 379–393.
7. Petrenko L. A., Kushnir V. M. Klimaticheskie pridonnye techeniya v Chernom more // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2006. Vyp. 14. S. 477–486.
8. Raschet techenii i rasprostraneniya zagryazneniya v pribrezhnykh vodakh Bol'shogo Sochi / N. A. Dianskii [i dr.] // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2013. T. 49, № 6. C. 664–675. doi:10.7868/S0002351513060047
9. Splitting Numerical Technique with Application to the High Resolution Simulation of the Indian Ocean Circulation / G. I. Marchuk [et al.] // Pure and Applied Geophysics. 2005. Vol. 162, iss. 8–9. P. 1407–1429. https://doi.org/10.1007/s00024-005-2677-8
10. Developments in ocean climate modelling / S. M. Griffies [et al.] // Ocean Modelling. 2000. Vol. 2, iss. 3–4. P. 123–192. https://doi.org/10.1016/S1463-5003(00)00014-7
11. 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
12. Numerical model of the circulation of the Black Sea and the Sea of Azov / V. B. Zalesny [et al.] // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. 2012. Vol. 27, iss. 1. P. 95–112. doi:10.1515/rnam-2012-0006
13. Polonskii A. B., Shokurova I. G., Belokopytov V. N. Desyatiletnyaya izmenchivost' temperatury i solenosti v Chernom more // Morckoi gidrofizicheskii zhurnal. 2013. № 6. C. 27–41.
14. Pacanowski R. C., Philander S. G. H. Parametrization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans // Journal of Physical Oceanography. 1981. Vol. 11, no. 11. R. 1443–1451. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1981)0111443:POVMIN2.0.CO;2
15. Does nudging squelch the extremes in regional climate modeling? / T. L. Otte [et al.] // Journal of Climate. 2012. Vol. 25, no. 20. P. 7046–7066. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-12-00048.1
16. Dorofeev V. L., Sukhikh L. I. Modelirovanie dolgovremennoi evolyutsii gidrofizicheskikh polei Chernogo morya // Okeanologiya. 2017. T. 57, № 6. S. 871–884. doi:10.7868/S003015741706003X
17. Dianskii N. A., Bagno A. V., Zalesnyi V. B. Sigma-model' global'noi tsirkulyatsii okeana i ee chuvstvitel'nost' k variatsiyam napryazheniya treniya vetra // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2002. T. 38, № 4. S. 537–556.
18. North Atlantic simulations in Coordinated Ocean-ice Reference Experiments phase II (CORE-II). Part I: Mean states / G. Danabasoglu [et al.] // Ocean Modelling. 2014. Vol. 73. P. 76–107. doi:10.1016/j.ocemod.2013.10.005
19. Retrospektivnye raschety tsirkulyatsii i ledyanogo pokrova Okhotskogo morya na osnove sovremennykh tekhnologii chislennogo modelirovaniya / N. A. Dianskii [i dr.] // Vesti gazovoi nauki. Pos. Razvilka, Moskovskaya obl. : Gazprom VNIIGAZ, 2017. № 4(32). S. 82–93.
20. Lorenc A. C., Bell R. S., Macpherson B. The Meteorological Office analysis correction data assimilation scheme // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 1991. Vol. 117, iss. 497. R. 59–89. https://doi.org/10.1002/qj.49711749704
21. Markova N. V., Bagaev A. V. Otsenka skorostei glubokovodnykh techenii v Chernom more po dannym dreifuyushchikh buev-profilemerov ARGO // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 3. S. 26–39. doi:10.22449/0233-7584-2016-3-26-39
22. Development of Black Sea nowcasting and forecasting system / G. K. Korotaev [et al.] // Ocean Science. 2011. Vol. 7, iss. 5. P. 629–649. doi:10.5194/os-7-629-2011
