Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование реакции крупномасштабной океанской циркуляции на воздействие атмосферных циклонов

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование реакции крупномасштабной океанской циркуляции на воздействие атмосферных циклонов"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им.П.П.Ширшова

На правах рукописи БАЖЕНОВА ОЛЬГА ВИТАЛЬЕВНА

УЖ 551.181

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕАКЦИИ КРУПНОМАСШТАБНОЙ ОКЕАНСКОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ АТМОСФЕРНЫХ ЦИКЛОНОВ

Специальность 11.00.08 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА - 1990

Работа выполнена в Лаборатории моделирования климата океана Института океанологии игл. П.П.Ширшова АН СССР

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Д.Г.Сеидов Официальные ошоненты:

.доктор фиглк---математических наук Ю.А.Иванов (ИО АНС.ССР)

кандидат физико-математических В.К.Петухов (ИФА АН СССР) •

Ведущая организа1{ия: Научно-исследовательский институт Арктики и Антарктики.

Защита состоится \Р- Л 1991г.

в час. 0О мин. на заседании Специализированного совета

К. 002.86.02 в Институте океанологии им. П.П.Ширшова АН СССР по адресу: г. Москва, 117218, ул. Красикова 23

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии им. П.П.Ширшова АН СССР

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат географических наук

С.Г.Панфилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность исследования.

В задачах долгосрочного прогноза климата Земли принципиальным моментом является понимание закономерностей формирования и изменчивости океанской циркуляции. Поскольку распределение термодинамических шлей в океане зависит от процессов, протекающих в атмосфере, исследование реакции океана на атмосферные воздействия в широком диапазоне пространственных и временных масштабов с использованием адекватных математических моделей представляется актуальной и важной проблемой современной океанологии.

В последнее Бремя возрос интерес к изучению интенсивных кратковременных атмосферных воздействий на океан. Примерами такого рода аномальных атмосферных процессов могут быть циклоны, штормы, или тайфуны. Наблюдения за состоянием атмосферы позволяют утверждать, что флуктуации атмосферной циркуляции - нестационарные крупномасштабные вихри - более обычное состояние, нежели та сглавенная крупномасштабная структура, которая, как правило, задается в моделях глобальной циркуляции вод Мирового океана и его отдельных бассейнов.. Тем более это утвзрэдэкнэ справедливо для исследований, посвященных синоптическому масштабу времени.

Наблюдениям, экспериментальным и модельным исследованиям термодинамической реакцгги океана в зоне взаимодействия с анемо-барическим образованием посвящена обширная литература /Ье1ррег, 1967; Маеда, 1971; Федоров, 1972; Григоркина, Фукс, 1986/. Кроме реакции океана , как сложной колебательной системы, на вариации тангенциального напряжения трения ветра и атмосферного давления.атмосферные аномалии приводят к:

- г -

- генерации турбулентности в широком спектре пространсвен-нкх масштабов;

- росту горизонтальных градиентов термохалинных характеристик;

- резкому изменению теплосодержания верхнего квазиоднородного слоя;

- перестройке вертикальных температурных профилей. Перечисленные особенности говорят о существенной роли аномальных атмосферных воздействий в формировании локальной термодинамической изменчивости и вариаций гидродинамических полей океана синоптического и сезонного масштабов. Гораздо менее изученной остается пока роль аномальных атмосферных воздействий в формировании климата океана. Являясь элементами климатической системы Земли, циклоны могут выполнять определенные регулирующие функции. Заровдаясь в тропических областях океана и обладая огромной энергией, циклоны способны вызывать меандрирование стуйных течений и формировать под собой океанские вихри. Кроме того они приводят к изменениям горизонтальных и вертикальных потоков тепла в океане. Есть основания считать реакцию океана на воздействие мощных атмосферных фдуктуаций как локальной , так и носящей глобальный характер. Последние года, после работы Еъер-кнеса /ВЗегИпеаз, 1964/, широкое распростронение получила гипотеза о существовании "телесвязи" мевду действием тропических циклонов, динимикой субтропического антициклона и синоптической изменчивостью западных пограничных течений. Б настоящее время нет необходимого количества натурных данных, для проверки выдвигаемых гипотез. Единственный способ косвенного подтвержден/я ил;

опровержения этих предположений - математическое моделирование таких процессов и сопоставление базовых результатов с имепцкмися отдельными наблюдениями. Очевидно, что модели,' претендукще на адекватность описания реакции океана на изменяться как в пространстве так и во времени атмосферные воздействия должны быть в достаточной мере универсальны.

Модельное изучение изменчивости крупномасштабной циркуляции океана и адекватное воспроизведение его термодинамической реакции на циклоны требует, с одной стороны, интегрирования уравнений на продолжительные времена, с другой - достаточно тонкого пространственного и временного разрешения исследуемых процессов в численной схеме . Математические модели общей циркуляции океана позволяют воспроизвести многие характерные особенности распределения термогидродинамических полей в океане и понять закономерности их динамики. Следует особо выделить вихреразреша-вщае модели крупномасштабной' циркуляции , появившиеся в сещде-сятых-восьмидесятых годах. Такие модели, как модели Холланда и Лина /Holland, Lin, 1975 (а,Ь)/, Холланда /Holland,1978/. Хай-двогеля /Haidvogel, 1976/, МакЕильямса с соавторами /McWilliams et а1.,1978/, Сеидова /Сеидов, 1930; 1985/ позволяют описывать процессы синоптического масзтаба, включайте неустойчивость струйных течений, взаимодействие синоптических вихрей мезду собой и с крупномастабными течениями.

Численные эксперименты с помощью трехмерных математических моделей достаточно трудоемки и требуют больших затрат вычислительных ресурсов. Последнее обстоятельство обусловило использование в отдельных задачах некоторых параметризаций, основанных на использовании характерных особенностей вертикального строения

океанской толщи.

В последнее время широкое распространение получили интегральные модели, опирающиеся на эмпирическую информацию о структуре деятельного слоя океана. В настоящей работе предпринята попытка создания подобной модели, ориентированной на изучение роли циклонического воздействия на крупномасштабную циркуляцию океана. Отсутствие четких критериев при сравнении различных интегральных моделей и недостаточная надежность натурных данных, используемых при их проверки, поставило автора перед неосходимость проведения сравнительных экспериментов с помощью уже прошедшей испытание многоуровенной квазинелинейной Еихреразрешающей модели, разработанной в Лаборатории моделирования климата океана МО АНСССР под руководством Д.Г.Сеидова, и модели, разработанной в представляемой диссертации.

Цель и основные задачи работы. Целью настоящей работы является исследование методами численного моделирования особенностей крупномасштабной реакции океана на интенсивные кратковременные атмосферные воздействие, их роли в формировании климата океана.-Решение этой общей задачи связывается необходимостью определить применимость интегральных моделей в задачах прогноза гидродинамической изменчивости океана. В соответствии с целями работы формулируются следующие конкретные задачи:

1. Исследование возможности параметрического задания вертикального термического строения вод для различных акваторий Мирового океана в задачах исследования реакции океана на сильно нестационарные воздействия.

2. Разработка эквивалентно-бароклинной модели крупномасштабной циркуляции океана (далее ЭВМ), основанной на уравнениях

квазинелинейного приближения термогидродинамики океана и автомо-дельности вертикального распределения температуры.

3. Выполнение серии численных экспериментов для исследования роли отдельных факторов в формировании как Оароклинного так и баротропного отклика океана на воздействие атмосферных циклонов.

4. Проведение сравнительного анализа результатов моделирования с помощью квазинелинейной вихреразрешащей модели (далее КНВМ) и с использованием ЭБ модели с целью выяснения применимости интегральных моделей в задачах исследования крупномасштабной океанской циркуляция.

Научная новизна.

1. На основании гидрологических данных атласа Левитуса /Ле-витус, 1982/' исследована возможность параметрического задания вертикального распределения температуры в океана для задач моделирования океанской циркуляции. Показано, что для центральной части акватории Северной Атлантики аппроксимация с помощью экспоненциальных функций удовлетворительно воспроизводит основные качественные особенности термической структуры вод.

2. Построена эквивалентно-бароклинная модель крупномасштабной циркуляции океана, основанная на уравнениях квазинелинейного приближения, и относящаяся к классу интегральных моделей. Модель предназначена дея расчета эволюции термических полей океана,поле Л скоростей течения, толщины верхнего однородного слоя и глубины залегания термоклина.

3. помощью численных экспериментов исследована глобальная сеакция океанской циркуляции на интенсивные локальные атмосфер-ниг незлей?гвия.

4. В рамках трехмерной вихреразрешавдей модели прослежена изменчивость гидродинамических океанских полей под воздействием движущихся циклонов. Показано, что реакция океана носит существенно трехмерный характер.

5. Исследоввана роль таких факторов, как интенсивность циклонов, траектории их перемещения , продолжительность их воздействия, в динамике верхнего однородного слоя и термоклина с помощью интегральной эквивалентно-бароклинной модели.

6. Продемонстрирована роль атмосферных циклонов в формировании климата океана. Полученные данные свидетельствуют о значительном влиянии, оказываемом циклонами на меридиональный перенос тепла, на общую энергетику океанской системы.

7. Проведены численные эксперименты , имитирующих воздействие циклонов на крупнокасшабную циркуляцию вод Северной Атлантики в расчетной области близкой по конфигурации к реальной океанской акватории .

8. Показана' безусловная важность учета короткопериодной изменчивости атмосферных полей при диагностических расчетах крупномасштабной циркуляции.

Практическая ценность.

Анализ рассмотренных механизмов взаимодействия океана с циклонами позволяет оценить роль мощных локальных атмосферных воздействий в формировании крупномасштабных течений, ь изменчивости гидрофизических полей, в процессах теплообмена с атмосферой и, следовательно, в формировании климата океана.

Разработанная эквивалентно-бароклиннзя модель может "Зыгь использована не только для исследования крупномасштабной реакции океана,' но и для моделирования изменений, происходящих в верхнем .

однородном сдое и термоклинэ под воздействием циклонов.

Эффективность моделей этого класса позволяет проводить вычисления на ЭВМ средней мощности.

Аппробация рзСоты. Результаты работы докладывались на III Съезде океанологов /Ленинград, 1587/ и на семинарах Лаборатории моделирования климата океана ИО АН СССР. Основные положения дас-сертации содержатся также в 4-х статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Содержит9 страниц машинописного текста, Я ~Р рисунков и ^ таблиц. Список литературы содержит наименований на русском и "З'Я на английском языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во Введении обосновывается актуальность выбранной теш, формулируются основные задачи исследования и .кратко излагается содержание диссертации по главам. . •

Первая глава начинается с обзора имеэдихся на настияпгЗ момент натурных наблюдений и модельных исследований изменчивости гидродинамических полей под воздействием атмосферных циклонов.

В параграфе 1.1 приводятся результаты наблюдений, подтвер-ждащие энергетическую значимость атмосферных аномалий по сравнению с климатическим фоном в динамике океана. Накопленные данные по мониторингу взаимодействия океан-атмосфера позволяют предположить, что характер отклика океана на воздействие циклонов носит не только локальный характер, но имеет место глобальная реакция, как пространственная так и временная. Вместе с тем подчеркивается, что , ввиду отсутствия должного количества

натурных данных, единственным косвенным способом подтверждения или опровержения этих предположений остается математическое моделирование рассматриваемых процессов.

В параграфе 1.2 рассматриваются основные классы моделей, пригодные для исследования крупномасштабной термической и динамической реакции океана на воздействие атмосферных циклонов. Акцент делается на интегральны* модели/с параметризацией вертикальной структуры океанской толщи.

В параграфе 1.3. формулируются основные требования, предъявляемые к модели, позволяющей исследовать как крупномасштабную так и локальную реакцию океана на интенсивные атмосферные воздействия. А татаке рассматривается допустимость параметрического описания вертикального распределения температуры в океана в задачах изучения реакции общей океанской циркуляции на атмосферные воздействия.

Второя глава, ее основная часть, посвящена выводу уравнений модели общей циркуляции окена в квазинелинейном приближении / Сеидов, 1978; 1980; 1985/ и в приближении автомодельности вертикального профиля температуры в океана / Баженова, 1988; Сеидов, Баженова, 1989/.

В параграфе 2.1 сформулирована математическая постановка задачи исследования крупномасштабной циркуляции океана в замкнутом бассейне /Каменкович, 1973; Сеидов, 1985/.

В параграфе 2.2 изложены основные предположения, в рамках которых получаются уравнения КНВМ /Сеидов, 1985/и вывод уравнений КНВМ для движений на сфере в случае переменного ральефа дна.

Параграф 2.3. содержит вывод уравнений эквивалентно-барок-

линной модели, опирающейся на квазинелинейное приближение и на параметрически заданную зависимость плотности от глубины /Баженова, 1988; Сеидов, Баженова, 1989/. Рассматривается трехслойный океан. Структура океана представлена формулой (1). Вертикальное распределение температуры аппроксимируется кусочно-непрерывной функцией "

0$ Л

ТСа.у.г) =

1 =

А Тя - Чъ)(е

г - К П - П

е~1)

Т} ^ ^

г > т)

Г

з

- температура поверхности океана, Т^ - температура на нижней границе терыоюшна, Ь - глубина залегания ВКС, т) - глубина залегания термоклина, а, <р, г - оси сферической системы координат.

В систему уравнений ЭВМ входят а) уравнение баланса интегральной завихренности т

д V) 1 1 1 „.

— + - л Ф. ш ) + з (ю +лля,<|>; + — з(а,р,« ; +

б ? Н п Н - *Н

(2)

+ |3и + гоГ2 —- = А_ Д ш + к гot

1 д У I О

и ■ Ы П М г Н д г | Я б) связанное с ним уравнение Пуассона (3) ,

Лф -

1 дф ЗН 1 дф дН „

Н а2сов» д\ д\ Нс£

(3)

т

ъ

Поскольку в рассматриваемой нами модели описание вертикальной структуры носит интегральный характер, следствием уравнения теплопроводности для движущейся среды является в) уравнения эволюции темп оке Я (Л.срд;

1г

- + %. - Ат№к -% (4)

гц\.<р,г;

где яп = |ггл.,ф,г;аг= ых.улгг^х.ц.х) о

в) и два прогностических уравнения для рассчэта толщины верхнего однородного слоя и глубины залегания нижней границы

термоклина

дП -

а-п ас

+ УдУ^а.Ф.и - - щ,<р,г) 1> )

Для рассчета сдвиговых компонент скорости и и I' используются

о о

геостофические соотношения

1 ОР" 1 дН

-/и , _ - / — ■>■---Р I .!

6 О'ЗСОвф дК И дК И {'< )

1 г.; " ; .ад , Л'» ^ - ----- ' ; ; ,. — Р Г.-'

- ° оЛа -сф И Лр 1п

Для вычисления вертикальной скорости И1 используется уравнение эволюции вихря сдвиговых компонент т"= гоХ^„

дю" - . „ т

— + гогл ?-?) + $%) - / — = + Р -

д1 _ 2 дг 1 п

1 - дт

-- rot.fi - %п) + й« —

р0Я 2 а ж дг

(8)

диз

к

1 1Т| Г* I

=— rot.71 ; ю = 0 ; ш \ = - ш; 2=0 р0 г |£=Н

Р = ГР^.Р^) нелинейные слагаемые. Для замыкания системы рассматривается уравнение интегрального баланса турбулентной энергии в форме , предложенной в работе Кагана /Каган и др., 1979 /.

В параграфе 2.4 рассматриваются пособы аналитического задания атмосферных циклонов в математических моделях,

В параграфе 2.5. кратко обсуждается численные схемы решения уравнений КНВК. Приведены алгоритмы для интегрирования уравнения переноса и относительной завихренности течений.

Третья глава посвящена описанию численных экспериментов в идеализированных областях с простыми начальными и граничными условиями. Эти эксперименты были выполнены не только для выяснения особенностей термодинамической реакции океана на циклоны, но и для сравнения интегральных моделей и многоуровенннх моделей с точки зрения адекватности результатов расчетов существующим общим физическим представлениям об океанской циркуляции, 1*споль-зуктоя некоторые наиболее общие и надежно установленные эмпири-

ческие данные, такие как сведения о структуре термокпина, знаки и величины меридионального переноса тепла и т.п.. В главе 3 представлены также диагностические рассчеты глобальной циркуляции вод Северной Атлантики. С использованием натурных данных, проведен модельный эксперимент, имитирующий крупномасштабную изменчивость структуры циркуляции в сезон циклонов.

В параграфе 3.1 обосновывается выбор условий проведения расчетов и описана постановка численных экспериментов.

В параграфе 3.2 представлены результаты моделирования циклонического воздействия на океан с помощью КНВМ. В экспериментах воспроизводилась циркуляция вод в сравнительно небольшой области размером 1800 * 1200км. В этой части работы были выполнены расчеты с одинаковым набором параметров во всех экспериментах, представленных таблицей. В качестве невозмущенного состояния океана перед "сезоном" циклонов использовались квазистационарные гидродинамические поля, полученные интегрированием исходной системы уравнений на срок около 3.5 лет модельного времени. Эволюция всех полей в расчетах происходила из состояния покоя с однородным по горизонтали полем плотности.

Изменения, происходящие в структуре гидродинамических полей, обсуждаются на примере прохождения двух циклонов по диагональным траекториям из юго-восточной части акватории в северо-западную. Структура средней по глубине циркуляции претерпевает при этом существенные изменения: в зависимости от положения циклона над акваторией меняются интенсивности крупномасштабных ячеек цикруляции, расход западного пограничного течения, положение и направление стрежня струи, разделяющей ячейки циркуляции.

Прохождение циклона вызывет резкие изменения в поле температуры. Причем изменения охватывают водную толщу до. глубин 600 - 800 метров. Глобальный характер реакции океана проявляется в значительных изменениях величины и знаков меридионального переноса тепла, а также в энергетике течений.

В параграфах 3.3 обсуждаются результаты проведенных экспериментов по эквивалентно-бароклинной модели. Эксперименты прово-дилсь при тех же a'priory задаваемых параметрах и внешних силах, что и рассчетэх по КНВМ.

Установившееся поле крупномасштабных течений представляет собой циркуляцию со струйным течением в центральной части бассейна ( с расходом а 90 св.), циклонической ячейкой на севере, с максимальным значением функции тока 44 св. и антициклоном на юге ( max = 46 св.). Интенсивность струи и экстремальные значения расходов определялись в основном перепадом атмосферного давления в циклоническом и антициклоническом круговоротах и мало реагировали на значения ДГа - меридионального градиента температуры атмосферы. Строго зональное, не меняющееся во времени, поле TQ(k,q) формирует тем не менее а.ссиметричное поле поверхностной температуры Причем сгущение изотерм приходится на южную часть акватории, где наблюдаются максимальные горизонтальные градиейты v h .Температурные градиеты достигают = 1.6 С°на 50 км. В отличие от ранних модификаций модели /Баженова, 1988; Баженоваt Иванов, 1989; Сеидов, Баженова,1989/, не учитывающих влияние верхнего однородного слоя, в термической структуре, не наблюдается резко выраженных температурных градиентов в области струйного течения, разделяющего ячейки крупномасштабной циркуля-

ции.

Характер распределения глубины ВКС, , с максимальной глубине, Д залегания однородного слоя расположенной в центре антициклона, лучше всего соответствует концу осенне-зимнего сезона в западной части акватории Северной Атлантики (приблизительно с 20 по 50 град с.ш-.) (см. Калацкий, 1978).

Распределение глубины залегания нижней границы термоклина т] сохраняет зональность, присущую распределению поверхностной температуры Т3(Х,ср) , что объясняется заданием автомодельного профиля, температуры в термоклине. Полученное квазистационарное состояние система использовалось в экспериментах с циклонами как начальное невозмущенное состояние. Под действием серии циклонов субтропический антициклон • усиливается и продвигается на север. ■

V

Во всех экспериментах наблюдается смещение струи в северном направлении и поворот ее стрежня на угол порядка 60 град.

Эволюция поля температуры определяется целым рядом нелинейно взаимодейтсвующих механизмов, таких как - горизонтальная адвекция, изменение глубины ВКС за счет турбулентного обмена, потока тепла из океана в атмосферу за счет испарения. В поле температуры наблюдается след охлажденной воды, шириной, равной диаметру тайфуна, вытянутый вдоль траектории его перемещения. Максимальные градиетны температуры в следе достигают 2-3°С на 10 км.. При этом аномалии в поле температуры наблюдаются в течении нескольких месяцев.

На изменение глубины залегания влияют два фактора - турбулентное вовлечение ' со скоростью № и апвеллинг, вызванный дивергенцией горизонтальных скоростей, происходящий со скоростью

¡7f . В зонах взаимодействия с циклонами эффективное турбулентное вовлечение преобладает над апвеллингом, что проявляется в заглублении однородного слоя .

Динамика нижней границы термоклина т) в системе, выведенной из равновесия атмосферными воздействиями , определяется, в основном, распределением вертикальной скорости W2 . Структура поля W2 характеризуется обширными зонами апвеллинга, вытянутыми вдоль траекторий циклонов, но смещенными к югу приблизительно на 200 км. Значения вертикальной скорости достигают 1. 10_дсм/сек. Непосредственно под траекторией циклона располагается область небольшого подъема ( W7 = Q. 10~4см/сек).

Еще одной иллюстрацией изменений, вносимых циклонами в крупномасштабную циркуляцию, может служить характер эволюции средней по области полной кинетической энергии и энергии баротроп-ной составляющей течений. Энергетический режим в большой мере зависит от расположения траекторий циклонов. В некоторых случаях циклоны могут не только усиливать, но и тормозить циркуляцию (минимум на грзфгке баротропной энегрии совпадает с прохождением аиклоноЕ по акватории, занятой антициклоном, близко к его центру).

Проведенное сравнение с результатами, полученными в экспериментах с КНВМ дало качественно схожую картину термической и дх'?ам",1ч.?око? реакшга океана на воздействие атмосферных циклонов. 5 го йй время, принципиальным отличием явилось отсутствие в S=3í зон апвеллинга и даунвеллинга на вертикальных границах сс:.та:ти, что привело к формированию в экспериментах с этой мрлалью качественно другого распределения поля масс. Объяснение

этого факта кроется, по всей видимости , в невозможности корректной постановки граничных условий в интегральных моделях и может явиться предметом дальнейшего исследования. Вдали же от берегов динамика границы термоклина, струйного течения и т.д. описываются эквивалентно-бароклинной моделью практически столь же успешно, как и более полной трехмерной моделью.

Таким образом, важным результатом исследований, приведенных в третьей главе, явилась демонстрация того, что, гораздо более бедные в гидродинамическом смысле, интегральные модели позволяют воспроизводить качественное, а для ряда характеристик (меридиональный поток тепла, потоки средней энергии) и количественное совпадение с результатами, получаемыми по полным моделям.

В параграфе 3.4 изложена постановка молельного эксперимента, имитирующего сезон циклонов над акваторией Северной Атлантики в августе-октябре 1989 года. Расчетная область представляла собой бассейн, приближающий по форме Северную Атлантику, ограниченный ломаными линиями, аппроксимирующими западный и восточный берега океана, и кругами широты с севера и юга. Протяженность бассейна по меридиану составила 60 градусов широты с южной границей расположенной на широте 5°с.ш..Для задания полей плотности морской воды и рельефа дна использовались данные атласа Левитуса / ЬеуНиэ, 1982/, на сетке с горизонтальным разрешением 1°*1° . Расчет циркуляции выполнен при помощи квазинелинейной модели с заданным-полем плотности. В качестве натурных данных использовались карты приземного давления, получаемые со станций погоды в 4-ом рейсе ШС "Академик Сергей Вавилов". Как показали расчеты, в результате воздействия циклонов, происходило увеличение расхо-

дов струи Гольфстрима приблизительно в 1.5 раза, а также изменения расходов как в зоне субтропичесого антициклона, так и в области циклонической циркуляции. Наблюдалось интенсивное вихрэ-образование не только во фронтальной зоне Гольфстрима, но и в районах открытого океана.

Для ответа на вопрос о возможности использовании климатических данных состояния атмосферы в задачах моделирования климата океана были проведены два дополнительных численных эксперимента. В первом была рассчитана стационарная крупномасштабная циркуляция под воздействием среднегодового шля ветра с учетом осредненного влияния циклонов.

В случае линейной динамики течений в океане,'соответственно, при отсутствии "кооперативного" эффекта аномалий атмосферных процессов, или при достаточно грубом пространственном модельном разрешении осредненное поле ф, полученное по мгновенным полям и рассчитанная стационарная циркуляции должны быть близки. Сравнение полученных полей свидетельствовало о качественном совпадении структур течений. Размеры циклонической и антициклонической ячеек циркуляции практически не отличались.

Во втором дополнительном эксперименте была рассчитана циркуляция в океане по линейной модели. Сравнение полей функции полных потоков ф в линейном и нелинейном случае демонстрирует в основном количественные расхождения (правда достигающие 10 - 30% от максимальных значений ф) сосредоточены главным образом в зонах вихревых образований, продуцированных атмосферными аномалиями.

Таким образом, к основным выводам по результатам проделанного эксперимента хотелось бы отнести безусловную значимость

учета короткопериодной изменчивости атмосферных полей при диагностических расчетах крупномасштабной циркуляции. Так, например, по данным Союзного Гидрометеоцентра, Гидрометеоцентра "Оффенбах" (ФРГ) и центра "ВгеспеП" (Великобритания) после сезона циклонов 1990 года, начавшегося в августе и носившего активный характер (на середину октября зарегестрировано 14 циклонов), отмечено необычное потепление Гольфстрима на 2° С- 3°С и заметное смещение его струи к северу. Использование в качестве возбуждающей силы климатических шлей атмосферного давления, где был бы учтен эффект интегрального воздействия атмосферных аномалий, на наш взгляд достаточно для моделирования климата океана в- реальных акваториях с шагом сетки не более 1° градуса. К сожалению, использующиеся в расчетах климатической циркуляции, натурные данные представлены на сетках с гораздо большим шагом. Дяя таких полей интегральный эффект воздействия циклонов исчезает.

В заключении диссертации излагаются основные выводы из анализа результатов работы, которые кратко можно сформулировать в виде следующих положений :

1. Построена эквивалентно-бароклинная модель крупномасштабной циркуляции океана, основанная на уравнениях квазинелинейного приближения, на параметрическом описании термической вертикальной структуры океанских вод и относящаяся к классу интегральных моделей. Модель приспособленка для расчета эволюции океанских гидрофизических полей, динамики верхнего однородного слоя и термоклина под воздействием мощных, локальных атмосферных воздействий

2. Исследована, на основе данных из атласа Климата Мирового океана Левитуса /Левитус, 1982/, возможность параметрического

задания вертикального распределения температуры в задачах моделирования океанской циркуляции. Показано, что для центральной части акватории Северной Атлантики аппроксимация с помощью экспоненциальных функций воспроизводит термическую структуру вод для таких задач вполне удовлетворительно.

3. С помощью численных экспериментов", с использованием зквивалентно-бароклинной интегральной модели и многоуровенной вихреразрешающей квазинелинейной модели исследована крупномасштабная изменчивость гидродинамических полей под воздействием движущихся циклононов.

4. Показано, что время релаксации возмущений, вызываемых в океана циклонами, значительно превышает интервал между их прохождением в сезон ураганов. Это приводит к эффекту накапливания и обуславливает значительную перестройку системы по сравнению с фоновой, невозмущенной циркуляцией.

5. Проведена оценка роли таких факторов, как интенсивность циклонов, траектории их пермещения , продолжительность их воздействия, в динамике верхнего однородного слоя, термоклина, в изменении меридионального переноса, в общей энергетике системы. Показано, что локальная реакция океана на временах, сравнимых с периодами циклонической активности, носит существенно трехмерный характер.

6. сравнительное численные эксперименты по двум моделям, КНВМ и ЗБМ, показали, что для открытых областей океана эквивэ-лентно-бароклинвзя модель воспроизводит процессы формирования струйных течений, формирования циклонической и антициклонической циркуляции с достаточной степенью адекватности.

7. Показано, что эквивалентно-бароклинная модель дает неудовлетворительные результаты в области западных пограничных течений. Не позволяя учитывать прибрежный апвеллинг и даунвел-линг, ЭВМ в настоящий момент служит промежуточных инструментом для исследования формирования крупномасштабной циркуляции, термоклина, верхнего, квазиоднородного слоя под воздействием интенсивных атмосферных аномалий.

8. Проведены численные эксперименты , имитирующие воздействие циклонов на крупномасшбную циркуляцию вод Северной Атлантики в расчетной области близкой по конфигурации к реальной океанской акватории .

9. Показана безусловная значимость учета короткопериодной изменчивости атмосферных полей в диагностических расчетах крупномасштабной циркуляции.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Баженова О.В. Эквивалентно-бароклинная модель циркуляции и " ее применение к исследованию реакции океана на воздействие

тропических циклонов.- Институт океанологии им.П.П.Ширшова АН СССР, М., 1988 г., 21 е.,- деп. в ВИНИТИ.

2. Сеидов Д.Г. Баженова О.В., Эквивалентно-бароклинная модель циркуляции океана.- В сб. "Модели океанской циркуляции" М., наука, 1989, с.194-200,

3. Баженова О.В., Иванов С.Н. Исследование термической и динамической реакции океана на действие тропических циклонов с помощью эквивалентно-бароклинной модели океанской циркуляции. - В сб. "Модели океанской циркуляции", М., Наука, 198S,

с.200-205.

4. Баженова О.В. Численное моделирование крупномасштабной реакции океана на воздействие атмосферных циклонов. - Институт океанологии им.П.П.Ширшова АН СССР, М., 1990 г., 28 е., деп. в ВИНИТИ.

бохэо'лб Печ.л.1,5.

Подписано к печати 1^.12.1990 г. Зак.№ 76. Тираж 100.

Институт океанологии им.П.П.Ширшова Академии наук СССР Москва, ул.Красикова, дом 23-