Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Моделирование эволюции гидрофизических полей на примере северной части Атлантического океана

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование эволюции гидрофизических полей на примере северной части Атлантического океана"

российская академия наук

институт океанологии им. п.п. ширшова

На правах рукописи УДК 551.465

моделирование эволюции гидрофизических полей на примере северной части атлантического океана

11.00.08 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата фпзико-математпческпх наук

Москва 1995

Работа выполнена в Институте океанологии им.П.П. Ширшова РАН.

Научный руководитель: член-корреспондент РАЕН, доктор физико-математических наук, профессор Ю.А. ИВАНОВ

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Ведущая организация : Государственный океанографический институт

Защита состоится " 26 " декабря 1995г. в 14 часов на заседании Специализированного совета К.002.86.02 в Институте Океанологии им. П.П.Ширшова РАН по адресу: 117851, Москва, ул.Красикова, 23.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института Океанологии им.П.П. Ширшова РАН.

В.В. ЖМУР

кандидат физико-математических наук

А.В. БАГНО

Автореферат разослан

ноября

1995г.

кандидат географических на

Ученый секретарь Специализированного совета

С.Г. Панфилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность исследования.

Одной из важных задач современной физики океана является исследование эволюции гидрофизических полей и механизмов формирования тепловых аномалий в океане. Проведенные за последние 25 лет крупные гидрофизические эксперименты (Полигон-70, МОДЕ-О, МОДЕ, ПОЛИМОДЕ, Мегапо-лигон, Атлантэкс-90) привели к открытию и описанию вихрей открытого океана и фронтальных вихрей (рингов). Эти исследования также показали, что в океане наблюдается существенная пространственно-временная изменчивость термоха-линной структуры и течений. Изучению этих проблем посвящены в настоящее время национальная программа "Разрезы" и международная программа \VOCE.

Важное место в этих исследованиях занимают работы, проводимые в рамках численного моделирования. Можно выделить два направления создания численных моделей. Одно -это вихреразрешающие модели со стационарными граничными условиями, в которых изменчивость расходов крупномасштабных течений и процесс вихреобразования можно объяснить неустойчивостью основных потоков, которая приводит к статистически стационарному процессу перехода энергии в вихревые структуры. Другое - прогностические модели динамики океана с нестационарными граничными условиями (поля тангенциального напряжения трения ветра и потоков тепла), предназначенные для моделирования изменчивости гидрофизических полей.

Диссертационная работа содержит оба эти подхода и посвящена модельному исследованию, направленному на изучение пространственно-временной эволюции гидрофизических полей океана в рамках различных численных моделей: модели диагноза и адаптации гидрофизических полей, трехмерной нелинейной вихреразрешающей баротропной модели циркуляции океана, прогностической модели общей циркуляции океана и объединенной модели деятельного слоя и общей циркуляции океана.

Цель и задачи исследования.

Целью работы является изучение на основе численного моделирования пространственно-временной эволюции гидрофизических полей океана под влиянием нестационарных граничных условий. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести апробацию и тестирование модели диагноза и адаптации по синхронным данным наблюдений над течениями и гидрологических съемок.

2. Исследовать механизм модельной адаптации гидрофизических полей океана для района средних широт.

3. Построить трехмерную нелинейную вихреразрешающую баротропную модель циркуляции океана.

4. Провести изучение реакции баротропного океана на возмущения тангенциального напряжения трения ветра в рамках трехмерной нелинейной баротропной модели.

5. Создать объединенную модель верхнего деятельного слоя и общей циркуляции океана.

6. Провести модельный мониторинг северной части Атлантического океана с использованием реальных граничных условий, изучить вклад в изменчивость полей течений ветрового воздействия на поверхность океана.

Научная новизна.

На основе расчетов по модели диагноза и адаптации гидрофизических полей океана, показано, что в районе средних широт адаптация носит вязко-волновой характер. В результате, в процессе адаптации подавляются инерционные колебания и внутренние волны.

Построена новая трехмерная нелинейная вихреразре-шающая баротропная модель циркуляции океана.

На основе расчетов по трехмерной баротропной модели показано, что, как и в модели с заданием тангенциального напряжения ветра в виде массовой силы, нестационарность поля ветра приводит к формированию в океане нестационарной

крупномасштабной циркуляции, возбуждению волн Россби и генерации вихрен.

Сформулирована новая объединенная модель верхнего деятельного слоя и общей циркуляции океана.

На основе объединенной модели проведен модельный мониторинг северной части Атлантического океана с использованием реальных ежесуточных граничных условий. Показано, что наблюдается существенная внутрисезонная изменчивость гидрофизических полей и интегральных функций типа меридиональных переносов тепла. Прогностические расчеты по модели общей циркуляции океана показали, что заметная эволюция полей течений и изменение их расходов обусловлены не только процессами глубокой зимней конвекции, но и во многом связаны с нестационарным ветровым воздействием на поверхность океана.

Практическая ценность

Предложенная в работе объединенная модель верхнего деятельного слоя и общей циркуляции океана может быть применена для гидрофизического мониторинга различных акваторий океана и морей при наличии соответствующих граничных условий, например, спутниковой информации о температуре поверхности океана и полей атмосферного давления (карт погоды).

Проведенные расчеты показали, что используемая в работе модель общей циркуляции может достаточно хорошо работать в режиме краткосрочного прогноза гидрофизических полей океана при наличии достоверных граничных условий.

Модели могут применяться при решении различных экологических задач, для целей морской навигации, при решении задач по взаимодействию океана и атмосферы, для получения карт полей течений при планировании и проведении морских экспедиционных исследований.

Построенная в работе трехмерная нелинейная вихрераз-решающая баротропная модель может быть использована при

модельном изучении вихревой динамики океана и процессов взаимодействия вихрей со струйными течениями.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на семинарах Отдела крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы Института океанологии им.П.П.Ширшова РАН. По результатам модельного мониторинга Северной Атлантики был сделан доклад на Международной конференции "Динамика океана и атмосферы" (Москва 1995).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 8 работах.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти гл и списка литературы. Объем работы составляет включая 39 рисунков и список литературы из ваний.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются основные цели и задачи исследований, а также кратко изложена структура диссертации.

Первая глава содержит обзор работ, посвященных моделированию циркуляции океана в рамках динамического и диагностического методов расчета течений, метода гидродинамической адаптации гидрофизических полей и работ по моделированию возбуждения синоптических возмущений в океане стационарным и нестационарным воздействием атмосферы.

В первом параграфе проведен анализ диагностических моделей расчета циркуляции Мирового океана.

ав, заключения 128 страниц, 108 наимено-

Во втором параграфе обсуждаются основные подходы к проблеме адаптации гидрофизических полей.

Третий параграф главы посвящен вопросам имитационного моделирования.

Во второй главе сформулированы модель диагноза и адаптации гидрофизических полей океана (Демин, Ибраев, 1988), трехмерная нелинейная вихреразрешающая баротропная модель циркуляции океана (Лебедев, 1995) и объединенная модель деятельного слоя и общей циркуляции океана (Ivanov, Lebedev, Orlov, 1995). Приведены уравнения моделей и описаны численные методы их решения.

В первом параграфе представлены основные уравнения модели диагноза и адаптации. Модель описывается системой полных нелинейных уравнений гидротермодинамики океана в приближениях гидростатики, Буссинеска и несжимаемости морской воды. Приводятся возможные варианты постановки граничных условий.

Задача решается числено, для этого система уравнений аппроксимируется со вторым порядком точности (на равномерных сетках). Конечно-разностная аппроксимация системы удовлетворяет основным законам сохранения, имеющим место в исходной постановке. При построении разностной схемы широко используется техника, примененная Брайеном (Bryan, 1969) и развитая в ряде последующих работ. Пространственная дискретизация выполнена с помощью бокс-метода на сетке В.

Особенностью модели является то, что в качестве интегральной функции используется уравнение для уровня океана. Уравнение для уровня выводится в разностном виде и согласовано с разностными уравнениями движения, неразрывности и с разностными краевыми условиями для скорости. В результате разностная задача для уровня представляется в виде эллиптического уравнения со смешанными производными и граничными условиями в виде косых производных от уровня.

Основная схема интегрирования по времени - это "чехарда" по отношению к градиенту давления и адвективным членам и схема Эйлера по отношению к диффузионным чле-

нам. Уравнение для уровня решается методом последователь ной верхней релаксации.

Во втором параграфе описана трехмерная нелинейна: вихреразрешающая баротропная модель циркуляции океана Представлены система уравнений модели с граничными уело виями и методы ее численной реализации.

В третьем параграфе сформулирована объединенная мо дель деятельного слоя и общей циркуляции океана, представ лена система уравнений модели верхнего деятельного слоя 1 изложена схема реализации объединенной модели.

Дифференциально-параметрическая модель верхнего дея тельного слоя (Иванов, Новицкий, Орлов, 1986, Орлов, 1990) описывающая эволюцию термохалинной и динамическо1 структуры деятельного слоя океана, формулируется в терми нах отклонений гидрофизических характеристик от квазиста ционарного основного состояния, которое определяется из мо дели обшей циркуляции океана.

Параметризация процессов турбулентности осуществляет ся путем введения трех предельных режимов. Критерием слу жит число Ричардсона. Если Я1(г)<Цлкр, где Р^кр - критиче ское число Ричардсона, осуществляется мгновенное переме шивание с сохранением тепла, солей и импульса; если Я1(г)<' - проводится конвективное приспособление, в противном слу чае (Я1(г)>Я1кр) , формирование вертикальной структур! определяется фоновой слаботурбулентной диффузией.

За основу модели общей циркуляции океана взята модел диагноза и адаптации, в которую были внесены два важны изменения.

1. Введено включение механизма конвективного приспо собления при возникновении на верхней границе гидростати ческой неустойчивости.

2. В связи с тем, что зимняя конвекция может достигат достаточно больших глубин, на которых уже нельзя прене бречь зависимостью плотности от давления, при проверке н гидростатическую устойчивость осуществляется переход к по тенциальным температуре и плотности. При обнаружении ста

тической неустойчивости производится перемешивание, после которого осуществляется обратный переход к температуре in situ..

Объединенная модель реализована следующим образом. Сначала проводятся диагностические и адаптационные расчеты по модели общей циркуляции для получения сбалансированных полей течений, температуры и солености. Затем, используя полученные поля как основное состояние, проводятся прогностические расчеты по модели деятельного слоя при заданных граничных условиях, зависящих от горизонтальных координат и времени и нулевых начальных условиях для отклонений на первом шаге по времени.

На каждом временном шаге осуществляется контроль за глубиной проникновения возмущений с поверхности океана. При возникновении значимых отклонений рассчитанных гидрофизических характеристик от основного состояния ниже сезонного термоклина, осуществляется коррекция основного состояния путем нового расчета по модели общей циркуляции океана в режиме диагноза и адаптации. Затем, рассчитанные поля вновь используются как основное состояние для модели деятельного слоя океана.

Третья глава посвящена тестированию и апробации модели диагноза и адаптации по данным инструментальных измерении в гидрофизическом эксперименте "Мегаполигон". Проведено исследование природы модельной адаптации гидрофизических полей. Сделаны прогностические расчеты по модели общей циркуляции океана для ограниченной акватории Баренцева моря.

В первом параграфе исследуется поведение модели на этапе диагностических расчетов. Проводится изучение зависимости сходимости решения от параметров и начальных условий. Определяются минимальные значения коэффициентов турбулентного обмена, при которых задача сходится.

Во втором параграфе проводится исследование природы модельной адаптации гидрофизических полей. Для этого были сделаны адаптационные расчеты на 40 суток модельного времени.

В течение первых нескольких суток наблюдается резкий спад уровня кинетической энергии, происходит динамическое согласование полей температуры, солености, течений, рельефа дна и граничных условий. Структура полей течений и плотности становится более упорядоченной, практически исчезают возмущения малых масштабов. При дальнейшем интегрировании поля течений и плотности меняются значительно медленнее, постепенно сглаживаясь.

Для более детального изучения процессов, происходящих при модельном гидродинамическом приспособлении, был проведен спектральный анализ временных реализаций пульсаций скорости и температуры. Показано, что адаптация в средних широтах носит вязко-волновой характер. В результате, в процессе адаптации происходит подавление энергонесущих инерционных колебаний и внутренних волн.

В третьем параграфе главы проводятся расчеты полей течений по модели диагноза и адаптации для района "Мегаполигона" и сравнение полученных результатов с данными инструментальных наблюдений над течениями.

Проведенный анализ расчетных и реальных полей течений показал, что модель диагноза и гидродинамической адаптации адекватно описывает крупномасштабные и синоптические особенности поля течений реального океана.

В четвертом параграфе проведены диагностические и адаптационные расчеты гидрофизических полей по данным двух гидрологических съемок, выполненных с интервалом 6 суток, для акватории Баренцева моря размером 75x75 миль. Затем, на основе модели общей циркуляции, был сделан прогностический расчет на период в 6 суток с нестационарными граничными условиями на поверхности и боковых жидких границах, которые были получены путем линейной интерполяции по времени соответствующих данных гидрологических измерений.

Анализ полученных результатов показал, что за период, прошедший между съемками, произошла заметная эволюция всех гидрофизических полей. Обнаружены существенные качественные изменения: однослойный тип циркуляции, преобла-

давший в период первой съемки, сменился на двуслойный. Инструментальные измерения течений также зафиксировали, что в период между съемками произошла смена направления глубинного течения с северного на юго-западное.

Проведенный прогностический расчет показал, что модель достаточно хорошо описывает процесс эволюции гидрофизических полей в период между двумя съемками. Такая важная особенность, как смена направления основного потока с глубиной, отчетливо проявилась в прогностическом расчете.

Результаты модельных расчетов и сравнение их с данными инструментальных измерений позволяют сделать вывод о том, что при задании достоверных граничных условий модель общей циркуляции океана адекватно описывает эволюцию гидрофизических полей.

В четвертой главе описаны численные эксперименты по имитационному моделированию взаимодействия баротропных течений и вихрей, генерируемых нестационарным тангенциальным напряжением трения ветра, в рамках баротропной модели.

Первый параграф посвящен изучению поведения модели при стационарном ветре. Проведен анализ результатов расчетов при различных коэффициентах горизонтального трения. Показано, что при увеличении коэффициента горизонтального трения рециркуляция в северо-западной части бассейна ослабевает, и при большом значении коэффициента вязкости циркуляция приближается к виду, полученному в линейной модели Стоммела.

Исследована сходимость и устойчивость решения в зависимости от коэффициента бокового обмена и шага по времени при интегрировании уравнений модели. Показано, что увеличение шага по времени приводит к тому, что на длительных временах интегрирования (порядка 10 лет) начинает наблюдаться численная неустойчивость решения. Выработан критерий, позволяющий обнаруживать подобную неустойчивость на относительно небольших временах интегрирования.

Во втором параграфе представлены результаты численных экспериментов с нестационарным напряжением ветра, задан-

ным в виде суммы стационарной и нестационарной компонент. Показано, что нестационарность тангенциального напряжения ветра приводит к формированию в океане нестационарной крупномасштабной циркуляции, возбуждению волн Россби и генерации вихрей. Описан процесс возникновения, эволюции, западного дрейфа вихрей и их нелинейного взаимодействия между собой и нестационарными вынужденными течениями.

Показана интерференция свободных и вынужденных волн Россби, возбуждаемых периодическим воздействием ветра. Сравнение поведения возмущений типа волн Россби с решениями, полученными в линейной модели реакции океана на возмущения атмосферы, показывает, что наиболее ярко нелинейные эффекты проявляются вблизи западного пограничного слоя. Представлены иллюстрации эффектов отрицательной вязкости (захват вихрей синоптического масштаба крупномасштабным течением).

Пятая глава посвящена моделированию эволюции гидрофизических полей Северной Атлантики под влиянием нестационарных граничных условий. Выполнен модельный мониторинг Северной Атлантики в рамках объединенной модели деятельного слоя и общей циркуляции океана. Проведено изучение эволюции полей течений под влиянием нестационарного ветрового воздействия.

В первом параграфе главы, на основе объединенной модели деятельного слоя и общей циркуляции океана, изучается эволюция гидрофизических полей акватории Северной Атлантики от 20 до 62.5 с.ш. за период трех зимних месяцев Первого Глобального Эксперимента ПИГАП (ПГЭП) с 1 декабря 1978 г. по 28 февраля 1979 г. Расчеты велись на сетке с шагом 2.5 градуса на 21 горизонте. Расчеты в модели верхнего слоя выполнялись на 64 горизонтах до глубины 1000 метров с вертикальным разрешением, изменяющимся от 2 метров у поверхности до 25 метров у нижней границы. Базовым массивом данных служил климатический массив Левитуса (Ьеуйив, 1982). В качестве граничных условий на поверхности океана использовались ежесуточные данные по температуре поверхности океана и тангенциальному напряжению ветра из гидрометеорологического массива ПГЭП. В связи с отсутствием

данных по солености, на поверхности задавался нулевой поток влаги. Также был проведен эксперимент с заданием на поверхности постоянной солености из климатического массива.

Сначала проводились диагностические и адаптационные расчеты климатических гидрофизических полей для зимы по массиву данных Левитуса. Затем, для определения начального условия, были выполнены расчеты по модели верхнего слоя с граничными условиями на первый день ПГЭП. После этого полученные поля были вновь проадаптированы в модели общей циркуляции. В результате, среднеклиматическое состояние океана было скорректировано к условиям зимы 1978-1979 г.г.

Приняв инициализированные таким образом поля за начальное основное состояние, были сделаны прогностические расчеты по объединенной модели для всего периода ПГЭП. На каждом временном шаге в модели верхнего слоя проводился контроль за глубиной проникновения возмущений. При обнаружении значимых отклонений рассчитанных гидрофизических характеристик от основного состояния ниже сезонного термоклина, проводилась коррекция основного состояния путем его перерасчета по модели общей циркуляции. Полученные поля принимались за новое основное состояние в модели верхнего слоя. Корректировка основного состояния за весь период расчетов проводилась четыре раза.

В модели рассчитывались поля уровня, скорости течений, температуры, солености, плотности, глубины однородного слоя и интегральные меридиональные переносы тепла.

Сравнение карт глубин верхнего однородного слоя, полученных для климатических полей, с модельными картами, осредненными за весь период расчетов, показывает, что имеется ряд существенных отличий на северо-востоке области и в зоне умеренных широт. Эти отличия объясняются особенностями полей температуры и ветра зимой 1978-1979 г.г.

При анализе среднемесячных карт распределения глубины однородного слоя наблюдается активная динамика, обусловленная нестационарным воздействием атмосферы, и приводящая к существенной изменчивости полей на всей акватории севернее 30 с.ш.

Наблюдается также заметная эволюция полей течений, особенно в районах, где наиболее значительны и динамичны процессы глубокой зимней конвекции, которые, очевидно, приводят к деформации полей плотности и изменчивости течений. Сравнение карт течений с течениям, рассчитанными по климатическим данным, показывает заметное увеличение скоростей в Гольфстриме и в северной ветви СевероАтлантического течения и усиление круговоротов в Лабрадорском море и восточнее Гренландии.

В процессе эволюции гидрофизических полей происходят не только количественные изменения, но и качественные: наиболее ярко это выразилось в блокировке и развороте Восточно-Гренландского течения в северо-восточном направлении, которое произошло в середине периода расчетов. Анализ граничных условий показал, что в районе южнее Гренландии появляется область с аномально низкой температурой, которая сохраняется в течение нескольких дней. Был проведен модельный расчет с граничными условиями, из которых эта аномалия была убрана. В полученных полях течений блокировка и разворот Восточно-Гренландского течения не наблюдались. Таким образом, стало ясно, что блокировка и смена направления связаны с процессами зимней конвекции, которая достигает значительных глубин и приводит к деформации поля плотности в большой толще океана.

Расчет, проведенный с заданием на поверхности постоянных значений солености из климатического массива, показал, что значимые отличия от расчетов, выполненных с заданием нулевого потока влаги наблюдаются только в районе Лабрадорского моря. На севере и северо-востоке области происходит лишь незначительное изменение интенсивности течений На циркуляцию в остальной части акватории Северной Атлантики изменение граничного условия для солености не оказалс заметного влияния.

Существенная изменчивость наблюдается в распределениях меридиональных интегральных переносов тепла. Сравнение модельных расчетов за период ПГЭП с расчетами по климатическим данным обнаруживает значительные отличия меридиональных переносов тепла в зоне от 43 до 55 с.ш.

Таким образом, анализ результатов расчетов показывает, что наблюдается существенная внутрисезонная изменчивость гидрологических полей, полей течений и интегральных функций.

Описанные выше отличия модельных результатов для периода ПГЭП от климатических связаны с более интенсивным, чем среднеклиматическое, ветровым воздействием и активными процессами глубокой зимней конвекции, которые приводят к деформации полей плотности и изменчивости течений.

Во втором параграфе главы на основе модели общей циркуляции океана, работающей в режиме прогноза, изучается эволюция гидрофизических полей Северной Атлантики под влиянием ветрового воздействия. Базовым массивом данных служит климатический массив Левитуса для зимы. В качестве граничных условий на поверхности океана используются постоянные значения температуры и солености из климатического массива и ежесуточные данные по тангенциальному напряжению ветра из гидрометеорологического массива ПГЭП.

Анализ карт течений и изменений расходов Гольфстрима и Восточно-Гренландского течения показал, что наблюдаются заметная эволюция полей течений и колебания их расходов. Расход Гольфстрима в верхнем 1000-метровом слое колеблется от 30 до 55, а в один из периодов падает до 20 свердрупов. За период расчетов трижды наблюдается заметное снижение интенсивности Восточно-Гренландского течения, при этом дважды происходит его блокировка и разворот на северо-восток.

Проведенный анализ изменчивости полей тангенциального напряжения трения ветра выявил высокую степень корреляции между расходами течений и типом и интенсивностью ветрового воздействия на океан.

В среднем за период расчетов над Северной Атлантикой преобладал антициклональный тип ветра на юге и циклональ-ный на севере. Развитие антициклона на юге, юго-западе области приводит к интенсификации Гольфстрима, ослабление антициклона вызывает уменьшение его расхода. Заметное снижение интенсивности Гольфстрима происходит под влиянием циклонального типа ветрового воздействия.

Блокировка и разворот Восточно-Гренландского течения наблюдаются в период развития в районе восточнее Гренландии антициклональной ветровой циркуляции. Здесь, так же как и в Гольфстриме, прослеживается зависимость величины расхода от интенсивности ветрового воздействия.

Таким образом, показано, что наблюдаемая заметная эволюция полей течений и изменение их расходов обусловлены не только процессами глубокой зимней конвекции, но и вс многом связаны с нестационарным ветровым воздействием на океан.

В заключении сформулированы основные научные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Проведено тестирование и апробация модели диагнозг и адаптации по синхронным данным наблюдений над течениями и гидрологических съемок. Проведенный анализ расчетны? и реальных полей течений показал, что модель диагноза I-гидродинамической адаптации адекватно описывает крупномасштабные и синоптические особенности поля течений реального океана.

2. Сделан детальный анализ процессов, происходящие при модельном гидродинамическом приспособлении. Показано что адаптация в средних широтах носит вязко-волновой характер. В результате, в процессе адаптации происходит подавление энергонесущих инерционных колебаний и внутренних волн.

3. Проведенные прогностические расчеты по модели об' щей циркуляции океана показали, что используемая в работ« модель может достаточно хорошо работать в режиме краткосрочного прогноза гидрофизических полей океана при наличии достоверных граничных условий.

4. Построена трехмерная нелинейная вихреразрешающав баротропная модель циркуляции океана, в рамках которой вы полнены численные эксперименты с нестационарным напряже нием ветра, заданным в виде суммы стационарной и неста ционарной компонент. Показано, что нестационарность тан-

генциального напряжения ветра приводит к возникновению в океане нестационарной крупномасштабной циркуляции и генерации вихрей и волн Россби. Описан процесс возникновения, эволюции, западного дрейфа вихрей и их нелинейного взаимодействия между собой и нестационарными вынужденными течениями.

5. На основе апробированной по натурным данным модели общей циркуляции и модели деятельного слоя океана построена объединенная модель верхнего деятельного слоя и общей циркуляции океана. На основе этой модели проведены расчеты эволюции гидрофизических полей Северной Атлантики на период трех зимних месяцев Первого Глобального Эксперимента ПИГАП. Показано, что наблюдается существенная внутрисезонная изменчивость полей температуры, солености, скорости течений и интегральных функций типа меридионального переноса тепла и расходов течений. Модельный анализ блокировки и изменения направления Восточно-Гренландского течения и изменений расхода Гольфстрима показал, что в аномально холодные периоды зимняя конвекция достигает больших глубин и может изменить горизонтальные градиенты плотности в большой толще океана.

6. При изучении эволюции полей течений, связанной с нестационарным напряжением трения ветра, показано, что также наблюдаются значимые изменения расхода Гольфстрима и эпизодические блокировки Восточно-Гренландского течения. Учет существенной внутрисезонной изменчивости может быть важен не только для проведения модельного мониторинга океанов и морей, но и для оценки длиннопериодной изменчивости климата океана.

7. Предложенная в работе объединенная модель верхнего деятельного слоя и общей циркуляции океана может быть применена для гидрофизического мониторинга различных акваторий океана и морей при наличии соответствующих граничных условий, например, спутниковой информации о температуре поверхности океана и полей атмосферного давления (карт погоды).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Демин Ю.Л., Иванов Ю.А., Лебедев К.В., Усыченко И.Г. Расчет поля течений по модели диагноза и адаптации для района "Мегаполигона". Океанология, 1990, Т.30, вып.4, с.554-561.

2. Демин Ю.Л., Иванов Ю.А., Лебедев К.В., Усыченко И.Г. Апробация численной модели динамики океана по данным измерений в эксперименте "Мегаполигон". В сб. Эксперимент "Мегаполигон". М.: Наука, 1992, с.319-330.

3. Лебедев К.В., Усыченко И.Г. Некоторые результаты расчета вертикальной скорости на "Мегаполигоне-87". В сб. Эксперимент "Мегаполигон". М.: Наука, 1992, с.408-411.

4. Лебедев К.В. Моделирование взаимодействия баро-тропных течений и вихрей, генерируемых нестационарным ветром. Океанология, 1995, Т.35, N 3, с.356-361.

5. Lebedev K.V. Current Fields Simulation in "MEGAPOLYGON" Region. Annales Geophysicae, 1995, Suppl, II to vol.13, Part II, p.C230.

6. Lebedev K.V. A Numerical Study of the Interaction between Barotropic Currents and Eddies Generated by Non-Stationary Wind. Annales Geophysicae, 1995, Suppl. II tc vol.13, Part II, p.C230.

7. Ivanov Yu.A., Lebedev K.V., Orlov V.S. Numerical Modelling of the Ocean Circulation and Mixed Layer. Annales Geophysicae, 1995, Suppl. II to vol.13, Part II, p.C227.

8. Ivanov Yu.A., Lebedev K.V., Orlov V.S. Model Monitoring of the Ocean Upper Layer in the North Atlantic. International Conference, Moscow, 1995, Dynamics of Ocean and Atmosphere, p.29.