Морской гидрофизический журнал. 2019; 35: 261-272
Верификация данных реанализа ERA-Interim в Азово-Черноморском бассейне
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-3-261-272Аннотация
Цель. Цель работы – оценить качество метеорологической информации ERA-Interim Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) в районе Азово-Черноморского бассейна, исследовать возможность использования этих данных для задания атмосферного форсинга в численной модели гидродинамики Черного и Азовского морей.
Методы. Анализ проводится на основе сравнения среднемноголетних полей ERA-Interim с данными измерений параметров атмосферной циркуляции, представленными в гидрометеорологических атласах. Отмечаются наиболее существенные расхождения полей ERA-Interim с данными климатических массивов, рассматриваются связанные с этими расхождениями возможные ошибки воспроизведения циркуляции вод в указанных морях.
Результаты и выводы. Cравнительный анализ показал, что по ряду параметров данные реанализа качественно согласуются с натурными данными. Наибольшие расхождения (до 70%) отмечаются в поле осадков осенью у побережья Кавказа. Такая ошибка в граничных условиях может негативно повлиять на поверхностное распределение солености при численном моделировании и, как следствие, на воспроизведение термохалинной циркуляции моря в этом регионе. Также значительную ошибку в результаты численных расчетов могут внести расхождения в полях приводного ветра. В данных ERA-Interim модуль скорости ветра в целом занижен на 7% по всей акватории Черного моря в весенне-летний период и на 20-25% в Азовском море в течение всего года. Направление результирующего ветра наиболее искажено в летний период, в то время как зимой расхождения существенны только в юго-восточной части Черного моря. Наилучшее соответствие данным климатических массивов отмечается в полях температуры и влажности воздуха: расхождения в этих параметрах минимальны.
Список литературы
1. Кныш В. В., Коротаев Г. К., Лишаев П. Н. Методика использования трехмерных полей температуры и солености Черного моря, восстановленных по малочисленным данным измерений и альтиметрии, в оперативной прогностической модели // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 2. С. 53−69. doi:10.22449/0233-7584-2016-2-53-69
2. Демышев С. Г., Дымова О. А. Расчет и анализ энергетики циркуляции вод в прибрежных районах Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 3. С. 49−62. doi:10.22449/0233-7584-2017-3-49-62
3. 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. С. 664–675. doi:10.7868/S0002351513060047
4. Stanev E. V. On the mechanisms of the Black sea circulation // Earth-Science Reviews. 1990. Vol. 28, iss. 4. P. 285–319. doi:10.1016/0012-8252(90)90052-W
5. Control of Black Sea intermediate water mass formation by dynamics and topography: Comparison of numerical simulations, surveys and satellite data / E. V. Stanev [et al.] // Journal of Marine Research. 2003. Vol. 61, no. 1. P. 59–99. doi:10.1357/002224003321586417
6. Black Sea thermohaline properties: Long-term trends and variations / S. Miladinova [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 122, iss. 7. P. 5624–5644. doi:10.1002/2016JC012644
7. Formation and changes of the Black Sea cold intermediate layer / S. Miladinova [et al.] // Progress in Oceanography. 2018. Vol. 167. P. 11–23. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2018.07.002
8. Kubryakov A. A., Stanichny S. V. Seasonal and interannual variability of the Black Sea eddies and its dependence on characteristics of the large-scale circulation // Deep-Sea Research I: Oceanographic Research Papers. 2015. Vol. 97. P. 80–91. http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr.2014.12.002
9. Korotenko K. A. Modeling mesoscale circulation of the Black Sea // Oceanology. 2015. Vol. 55, iss. 6. P. 820–826. https://doi.org/10.1134/S0001437015060077
10. Beṣiktepe Ş., Lozano C. J., Robinson A. R. On the summer mesoscale variability of the Black Sea // Journal of Marine Research. 2001. Vol. 59, no. 4. P. 475–515. https://doi.org/10.1357/002224001762842163
11. Восстановление синоптической изменчивости гидрофизических полей Черного моря на основе реанализа за 1980–1993 годы / П. Н. Лишаев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 5. С. 49−68. URL: http://мгфж.рф/images/files/2014/05/201405_03.pdf (да-та обращения: 10.03.2019).
12. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. https://doi.org/10.1002/qj.828
13. Сухих Л. И., Дорофеев В. Л. Исследование чувствительности результатов реанализа гидрофизических полей Черного моря к используемому атмосферному воздействию // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 5. С. 48–64. doi:10.22449/0233-7584-2016-5-48-64
14. Ефимов В. В., Савченко А. О., Анисимов А. Е. Особенности теплообмена Черного моря с атмосферой в осенне-зимний период // Морской гидрофизический журнал. 2014. № 6. C. 71–81. URL: http://мгфж.рф/images/files/2014/06/201406_06.pdf (дата обращения: 10.03.2019).
15. Berg P., Feldmann H., Panitz H.-J. Bias correction of high resolution regional climate model data // Journal of Hydrology. 2012. Vol. 448–449. P. 80−92. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.04.026
16. Cattiaux J., Douville H., Peings Y. European temperatures in CMIP5: origins of present-day biases and future uncertainties // Climate Dynamics. 2013. Vol. 41, iss. 11–12. P. 2889–2907. https://doi.org/10.1007/s00382-013-1731-y
17. Ибраев Р. А., Дьяконов Г. С. Моделирование динамики океана при больших колебаниях уровня // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 4. С. 514−526. doi:10.7868/S0002351516040064
18. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. IV: Черное море. Вып. 1: Гидрометеорологические условия / Под ред. А. И. Симонова, Э. Н. Альтмана. СПб. : Гидрометеоиздат, 1991. 430 с.
19. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. V: Азовское море / Под ред. Н. П. Гоптарева, А. И. Симонова, Б. М. Затучной, Д. Е. Гершановича. СПб. : Гидрометеоиздат, 1991. 235 с.
20. Гидрометеорологические условия морей Украины. Том 2: Черное море / Ю. П. Ильин [и др.]. Севастополь, 2012. 421 с.
21. Boilley А., Wald L. Comparison between meteorological re-analyses from ERA-Interim and MERRA and measurements of daily solar irradiation at surface // Renewable Energy. 2015. Vol. 75. P. 135−143. doi:10.1016/j.renene.2014.09.042
22. Анисимов А. Е., Яровая Д. А., Барабанов В. С. Реанализ атмосферной циркуляции для Черноморско-Каспийского региона // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 4. С. 14−28. doi:10.22449/0233-7584-2015-4-14-28
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2019; 35: 261-272
Verification of the ERA-Interim Reanalysis Data in the Azov-Black Sea Basin
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-3-261-272Abstract
Purpose. The purpose of the paper is to assess quality of meteorological information for the Azov–Black Sea basin derived from the ERA-Interim reanalysis (the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), and to examine possibility of using the obtained data for presetting atmospheric forcing in the numerical hydrodynamic model of the Black and Azov seas.
Methods. The analysis is based on comparison of the annual average ERA-Interim fields with the measurement data on the atmospheric circulation parameters represented in hydrometeorological atlases. The most significant discrepancies between the ERA-Interim fields and the data of climatic arrays are noted and, consequently, the discrepancy-related potential errors arising in reproducing water circulation in the indicated seas are considered.
Results and Conclusions. The comparative analysis showed that, for a number of the parameters, the reanalysis data were in qualitative agreement with the measurements. The highest discrepancies (up to 70%) were revealed in the precipitation field nearby the Caucasian coast in autumn. Such an error in the boundary conditions can negatively affect both the sea surface salinity distribution in the numerical modeling and, therefore, reproduction of thermohaline circulation in this region of the sea. A significant error in the results of numerical modeling can also be induced by the discrepancies in the wind fields. In the ERA-Interim data, the wind speed module is generally understated by 7% over the whole Black Sea in a spring-summer period, and by 20–25% in the Azov Sea throughout a year. The direction of the resultant wind is the most distorted in summer, whereas in winter, the deviations are significant only in the southeastern part of the Black Sea. The best agreement is observed between the temperature and air humidity fields, and the climatic arrays’ data: the discrepancies between the values of these parameters are minimal.
References
1. Knysh V. V., Korotaev G. K., Lishaev P. N. Metodika ispol'zovaniya trekhmernykh polei temperatury i solenosti Chernogo morya, vosstanovlennykh po malochislennym dannym izmerenii i al'timetrii, v operativnoi prognosticheskoi modeli // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 2. S. 53−69. doi:10.22449/0233-7584-2016-2-53-69
2. Demyshev S. G., Dymova O. A. Raschet i analiz energetiki tsirkulyatsii vod v pribrezhnykh raionakh Chernogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 3. S. 49−62. doi:10.22449/0233-7584-2017-3-49-62
3. 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. S. 664–675. doi:10.7868/S0002351513060047
4. Stanev E. V. On the mechanisms of the Black sea circulation // Earth-Science Reviews. 1990. Vol. 28, iss. 4. P. 285–319. doi:10.1016/0012-8252(90)90052-W
5. Control of Black Sea intermediate water mass formation by dynamics and topography: Comparison of numerical simulations, surveys and satellite data / E. V. Stanev [et al.] // Journal of Marine Research. 2003. Vol. 61, no. 1. P. 59–99. doi:10.1357/002224003321586417
6. Black Sea thermohaline properties: Long-term trends and variations / S. Miladinova [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 122, iss. 7. P. 5624–5644. doi:10.1002/2016JC012644
7. Formation and changes of the Black Sea cold intermediate layer / S. Miladinova [et al.] // Progress in Oceanography. 2018. Vol. 167. P. 11–23. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2018.07.002
8. Kubryakov A. A., Stanichny S. V. Seasonal and interannual variability of the Black Sea eddies and its dependence on characteristics of the large-scale circulation // Deep-Sea Research I: Oceanographic Research Papers. 2015. Vol. 97. P. 80–91. http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr.2014.12.002
9. Korotenko K. A. Modeling mesoscale circulation of the Black Sea // Oceanology. 2015. Vol. 55, iss. 6. P. 820–826. https://doi.org/10.1134/S0001437015060077
10. Beṣiktepe Ş., Lozano C. J., Robinson A. R. On the summer mesoscale variability of the Black Sea // Journal of Marine Research. 2001. Vol. 59, no. 4. P. 475–515. https://doi.org/10.1357/002224001762842163
11. Vosstanovlenie sinopticheskoi izmenchivosti gidrofizicheskikh polei Chernogo morya na osnove reanaliza za 1980–1993 gody / P. N. Lishaev [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2014. № 5. S. 49−68. URL: http://mgfzh.rf/images/files/2014/05/201405_03.pdf (da-ta obrashcheniya: 10.03.2019).
12. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. https://doi.org/10.1002/qj.828
13. Sukhikh L. I., Dorofeev V. L. Issledovanie chuvstvitel'nosti rezul'tatov reanaliza gidrofizicheskikh polei Chernogo morya k ispol'zuemomu atmosfernomu vozdeistviyu // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 5. S. 48–64. doi:10.22449/0233-7584-2016-5-48-64
14. Efimov V. V., Savchenko A. O., Anisimov A. E. Osobennosti teploobmena Chernogo morya s atmosferoi v osenne-zimnii period // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2014. № 6. C. 71–81. URL: http://mgfzh.rf/images/files/2014/06/201406_06.pdf (data obrashcheniya: 10.03.2019).
15. Berg P., Feldmann H., Panitz H.-J. Bias correction of high resolution regional climate model data // Journal of Hydrology. 2012. Vol. 448–449. P. 80−92. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.04.026
16. Cattiaux J., Douville H., Peings Y. European temperatures in CMIP5: origins of present-day biases and future uncertainties // Climate Dynamics. 2013. Vol. 41, iss. 11–12. P. 2889–2907. https://doi.org/10.1007/s00382-013-1731-y
17. Ibraev R. A., D'yakonov G. S. Modelirovanie dinamiki okeana pri bol'shikh kolebaniyakh urovnya // Izvestiya RAN. Fizika atmosfery i okeana. 2016. T. 52, № 4. S. 514−526. doi:10.7868/S0002351516040064
18. Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei SSSR. T. IV: Chernoe more. Vyp. 1: Gidrometeorologicheskie usloviya / Pod red. A. I. Simonova, E. N. Al'tmana. SPb. : Gidrometeoizdat, 1991. 430 s.
19. Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei SSSR. T. V: Azovskoe more / Pod red. N. P. Goptareva, A. I. Simonova, B. M. Zatuchnoi, D. E. Gershanovicha. SPb. : Gidrometeoizdat, 1991. 235 s.
20. Gidrometeorologicheskie usloviya morei Ukrainy. Tom 2: Chernoe more / Yu. P. Il'in [i dr.]. Sevastopol', 2012. 421 s.
21. Boilley A., Wald L. Comparison between meteorological re-analyses from ERA-Interim and MERRA and measurements of daily solar irradiation at surface // Renewable Energy. 2015. Vol. 75. P. 135−143. doi:10.1016/j.renene.2014.09.042
22. Anisimov A. E., Yarovaya D. A., Barabanov V. S. Reanaliz atmosfernoi tsirkulyatsii dlya Chernomorsko-Kaspiiskogo regiona // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2015. № 4. S. 14−28. doi:10.22449/0233-7584-2015-4-14-28
