Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Моделирование климатических изменений океанской циркуляции, морского льда и распространения речных вод в Северном Ледовитом океане во второй половине 20-го столетия

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Моделирование климатических изменений океанской циркуляции, морского льда и распространения речных вод в Северном Ледовитом океане во второй половине 20-го столетия"

На правах рукописи

Дворников Антон Юрьевич

Моделирование климатических изменений океанской циркуляции, морского льда и распространения речных вод в Северном Ледовитом океане во второй половине 20-го столетия

Специальность 25.00 28 - океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2004г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском филиале Института Океанологии им. П П.Ширшова РАН.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук

В.А.Рябченко

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор кандидат физико-математических наук

Л.А. Руховец М.Ю.Кулаков

Ведущая организация:

Государственное учреждение «Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова»

Защита диссертации состоится 16 декабря 2004г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 327.002.01 при Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте по адресу: 199397, Санкт-Петербург, ул.Беринга, 38.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Арктического и антарктического научно-исследовательского института.

Автореферат разослан 15 ноября 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета.

кандидат географических наук

¿jffif- moMsr

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы Впервые на сильную взаимосвязь циркуляции Северного Ледовитого океана (CJTO) и климата указал еще Нансен в 1902 году. Ведущиеся с тех пор исследования климата Арктики не потеряли своей актуальности и сегодня Это лишний раз было подтверждено международным научным сообществом при создании в 1994г. специальной десятилетней программы ACSYS («Arctic Climate System Study» - исследование Арктической климатической системы), нацеленной на углубление понимания роли Арктики в глобальном климате. Программа ACSYS способствовала кооперации среди исследователей, специализирующихся в области океанологии, метеорологии, изучения морского льда, гидрологии и математического моделирования. Основными задачами этой программы были' 1) выяснение взаимосвязей между циркуляцией СЛО, процессами в снежно-ледяном покрове и в атмосфере и гидрологическим циклом; 2) инициация долгопериодных исследований климата Арктики и специальных программ мониторинга; 3) создание научной базы для адекватного представления арктических процессов в глобальных моделях климата.

Настоящая диссертационная работа, выполненная в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 годы (блок 1 «Ориентированные фундаментальные исследования», раздел «Глобальные изменения климата и их вероятные последствия») и поддержанная грантами РФФИ (проекты № 00-05-64818, № 01-05-65171), тесно связана с решением первой и третьей задач программы ACSYS. При решении последней задачи (адекватного представления арктических процессов в глобальных моделях климата) особое внимание уделяется глобальным океанским моделям. Но подобные модели, в силу своей универсальности, неспособны с достаточной степенью точности описывать процессы в СЛО. Исследования с использованием региональных моделей могут дать более полную и точную информацию об этих процессах, а опыт, накопленный при использовании таких

РОс национальная"

ВИ-. , (tKA _ 'Ь рг

моделей, может послужить для выработки рекомендаций для более адекватного воспроизведения климата Арктики в глобальных моделях

Объектом исследования в работе является Северный Ледовитый океан, предметом исследования - циркуляция и термохалинная структура его вод и их взаимодействие со снежно-ледяным покровом на сезонном и межгодовом масштабах, а средством (методом) исследования - региональная трехмерная гидротермодинамическая модель циркуляции океана и морского льда

Цель и задачи настоящей работы Цель настоящей работы состоит в усовершенствовании разработанной ранее модели циркуляции океана и морского льда СЛО и ее применении для оценки изменений в состоянии вод и льдов СЛО на протяжении второй половины XX столетия и анализа их возможных причин. Задачи настоящей работы включали:

• усовершенствование совместной модели общей циркуляции океана и морского льда,

• расчет средней (климатической) циркуляции вод и льдов СЛО.

• воспроизведение изменений в состоянии вод и льдов в СЛО во второй половине двадцатого столетия, анализ результатов расчета и их сравнение с данными наблюдений.

• определение ареала и путей распространения речных вод основных рек в Арктических морях и Арктическом бассейне,

• анализ результатов расчета и их сравнение с данными наблюдений.

• выяснение ограничений использования в моделях условия привязки поверхностной солености к ее климатическим значениям.

Научная новизна Впервые выполнен расчет межгодовой изменчивости системы океан-лед в Арктике во второй половине двадцатого столетия без привязки поверхностной солености к ее климатическим значениям и оценены последствия использования этой процедуры при длительном интегрировании моделей. Впервые рассчитаны пути и время распространения речных вод основных российских рек и р. Маккензи в СЛО с использованием полей

скорости течений, восстановленных по гидротермодинамической модели океана и морского льда.

Положения, выносимые на защиту На защиту выносятся:

• модифицированная совместная модель общей циркуляции океана и морского льда,

• оценки межгодовых изменений в состоянии вод и льдов в СЛО во второй половине двадцатого столетия.

• оценки ареалов, путей и времени распространения речных вод основных рек в Арктических морях и Арктическом бассейне.

Практическая значимость Разработанная региональная трехмерная совместная модель циркуляции океана и морского льда в настоящее время используется для оценки возможных последствий изменений климата в Арктике в ближайшие десятилетия. Эта модель положена в основу разрабатываемой трехмерной экосистемной модели СЛО. Она также может быть рекомендована для моделирования циркуляции вод и льда в отдельных Арктических морях.

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на научных семинарах в Санкт-Петербургском филиале Института Океанологии им. П.П.Ширшова РАН, в Институте Вычислительной Математики РАН, на семинарах в Институте Океанологии в Гамбурге и Институте Альфреда Вегенера в Бременхафене (Германия), в Океанографическом центре в Саутгэмптоне (Великобритания), а также на конференции молодых ученых в Главной Геофизической обсерватории им.Воейкова «Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата» в Санкт-Петербурге в июне 2001г., на международном симпозиуме по измерениям и моделированию циркуляции Арктического океана в Нью-Йорке в июне 2002г.. на 34-ом международном Льежском коллоквиуме «Трассерные методы в динамике жидкости» в мае 2002г., на международной итоговой конференции программы АСБУЗ в Санкт-Петербурге в ноябре 2003г., на пятой Российской научно-

технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» («Н02004») в Санкт-Петербурге в марте 2004г.

Пубчикации Основные результаты проведенных исследований отражены в 4-х публикациях.

Личный вклад диссертанта в исследования заключается в усовершенствовании существующей гидродинамической модели системы океан - морской лед, в проведении численных экспериментов с моделью и анализе полученных результатов.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Диссертация изложена на 90 страницах, включая 26 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 78 наименований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи исследований.

В §1 первой главы дан обзор фактических данных о межгодовой изменчивости характеристик океана и морского льда во второй половине 20-го столетия Эти данные свидетельствуют о том, что в последнее десятилетие прошлого века в климате Арктического бассейна произошли резкие изменения-увеличился приток теплых и соленых атлантических вод, уменьшились толщина и площадь распространения снежно-ледяного покрова, увеличился вынос льда через пролив Фрама Важная информация об изменениях температуры воды была получена на разрезе от Берингова пролива до пролива Фрама через северный полюс, выполненном экспедицией «Север» в 1994г. и повторенном НИС «Полярштерн» в 1996г. По данным этих исследований температура глубинных атлантических вод заметно повысилась к 90-м годам прошлого столетия, причем максимальное увеличение температуры (1.50-1.75°С) наблюдалось на верхней границе атлантических вод (150-250м).

В §2 первой главы рассматривается роль речного стока в пресноводном балансе арктических вод. Приток речных вод в Арктические моря и

Арктический бассейн составляет один из основных источников распреснения верхнего слоя этой части Мирового океана Сюда поступает около 10 % глобального речного стока в Мировой океан притом, что доля Арктических морей и Арктического бассейна в нем не превышает по площади 5 %. а по объему вод 1,5% Оценки распределения речной воды, выполненные недавно на основе наблюдений за концентрацией трассеров на разрезе от Аляски через Северный полюс до пролива Фрама, показывают наибольший ее вклад (> 14%) от хребта Ломоносова до хребта Менделеева. Общее содержание речной воды в слое выше воды атлантического происхождения характеризуется по этим данным эквивалентным слоем толщиной от нуля в Баренцевом море до примерно 8-10 м в Канадском бассейне. Оценки по данным наблюдений дают представление об общей картине распределения речных вод в Арктическом бассейне. Вместе с тем, вклад отдельных рек в это распределение до последнего времени оставался невыясненным.

В §3 первой главы дан обзор исследований межгодовых изменений состояния вод и льдов в CJ10, проводимых на основе моделирования океанской циркуляции и морского льда. Показано, что привлечение глобальных моделей климата для выяснения причин и механизмов изменений, происходящих в CJIO, все еще остается малоэффективным из-за их грубого разрешения, недостаточною знания процессов, специфических для CJIO, и трудностями представления этой специфики в рамках единых параметризаций, используемых в глобальных моделях океана. Вместе с тем, региональные совместные модели океанской циркуляции и морского льда позволили выяснить ряд важных механизмов изменений в CJIO. Среди них отметим существование двух мод циркуляции (один и два круговорота) в Арктическом бассейне (Proshutinsky and Johnson, 1997; Häkkinen and Geiger, 2000), связанных соответственно с Арктическим и Северо-Атлантическим колебаниями атмосферного давления. Согласно модельным расчетам (Zhang et al., 1998), значительное потепление и осолонение верхних слоев Арктического бассейна, начавшееся в 1989 г., было вызвано увеличением поступления атлантической

воды через пролив Фрама и Баренцево море Модельные исследования (Polyakov et al. 2001) позволили установить, что долгопериодные (от одного до нескольких десятилетий) колебания площади и связанные с ними колебания толщины морского льда в Арктических окраинных морях коррелируют с долгопериодными колебаниями приземной температуры воздуха.

Несмотря на прогресс, достигнутый в последние десятилетия в моделировании СЛО, существующие модели все еще далеки от совершенства. Это лишний раз подтвердил международный проект по сравнению моделей СЛО (AOMIP), уже на первом этапе реализации которого, посвященном изучению способности моделей воспроизводить климатические сезонные изменения в СЛО. было установлено, что разные модели дают различные значения ряда характеристик В частности, рассчитанные по разным моделям средние апрельские распределения поверхностной солености в ряде областей севернее 60 с.ш. оказались отличающимися друг от друга на несколько промилле. Это означает, что большинство моделей неправильно воспроизводят пресноводный батане СЛО. Большинство из моделей, участвующих в АОМ1Р, используют искусственное условие «восстановления» (restoring) солености на поверхности океана по ее наблюдаемым климатическим значениям, причем наименьшее расхождение с данными наблюдений имеют модели с малыми значениями постоянной времени релаксации т. С ростом т это расхождение увеличивается, достигая максимума для моделей, не использующих условия «восстановления».

Во второй главе приводится описание модернизированной версии совместной модели общей циркуляции океана и морскою льда Исходная версия модели (Неелов, 1982, 1996) была модернизирована: 1) введено описание снежного покрова на поверхности льда: 2) поставлено корректное условие для потока соли на поверхности океана; 3) введена более совершенная схема турбулентного замыкания; 4) на открытой границе задавались нормальные компоненты скорости течений; 5) учтена зависимость температуры замерзания морской воды от ее солености.

Модель циркуляции океана основана на уравнениях гидротермодинамики несжимаемой жидкости, записанных в декартовой системе координат в предположениях Буссинеска и гидростатики. Адвективные члены в уравнениях движения не учитываются. Уравнение состояния морской воды задается в виде, рекомендованном ЮНЕСКО Вертикальная составляющая скорости течений рассчитывается из уравнения неразрывности. Это уравнение, проинтегрированное по вертикали от поверхности до дна. с учетом кинематического условия на поверхности океана и условия обтекания на его дне. сводится к уравнению для уровня моря Вертикальная турбулентность описывается с использованием программного модуля «Общая модель океанской турбулентности» (GOTM 2000), причем коэффициенты вертикального турбулентного обмена определяются на основе схемы замыкания Меллора и Ямады (1982)

В основе модели морского льда лежат двумерные уравнения движения льда с вязко-пластической реологией и уравнения для толщин и масс льда и снега и концентрации льда. Параметризация термодинамических процессов, контролирующих изменения масс снега и льда (выпадение атмосферных осадков, испарение или таяние снега, таяние или нарастание пакового льда, образование молодого льда на открытой воде), производится в соответствии с рекомендациями (Parkinson and Washigton. 1979).

Атмосферные воздействия на открытой воде и поверхности льда (потоки импульса, тепла и пресной воды) сводятся к заданию скорости приземного ветра (или атмосферного давления), температуры и относительной влажности воздуха в приводном слое атмосферы, балла общей облачности и скорости выпадения осадков Граничные условия на свободной поверхности океана выводятся путем осреднения по ячейке модели, часть которой А, занята снежно-ледяным покровом, а часть (1-Д) - открытой водой. При этом поток тепла Qm, на поверхности океана при отсутствии ледяного покрова определяется из уравнения бюджета тепла этой поверхности а поток тепла Qxa из океана ко льду считается пропорциональным разности температуры воды в верхнем слое океанской модели и температуре на нижней кромке льда, равной температуре замерзания морской воды.

а? ' д:

Поток соли на верхней границе океана определяется соотношением

Л

- Д -/I К, + — - ^ +

+ А.

Р. ' Л />» Л Р„ ]

где - скорость выпадения осадков в водном эквиваленте, £"« - скорость испарения с поверхности открытой воды. р„,р,,р,и - плотность

соответственно морской воды, льда, снега и пресной воды; и 5, - соленость морской воды и льда, М" / Л и <Л™ / <Л -изменение толщин льда А, и снега /г5 за счет таяния на верхней кромке снежно-ледяного покрова, термодинамическая функция, характеризующая изменения толщины льда за счет его образования или таяния в воде, 8 = 1 при Г, =Г<„,А, - О, И, >0 и ¿ = 0 в других случаях, Т3 - температура на верхней кромке снежно-ледяного покрова, Г,о - температура таяния снега. Первый член в приведенном соотношении описывает скорость изменений поверхностной солености океана за счет осадков и испарения в открытой части ячейки, второй член - скорость изменений поверхностной солености за счет нарастания или таяния льда на его боковых и нижней кромках, третий член в квадратных скобках - скорость ее изменений за счет таяния льда на его верхней кромке, поступления талой воды при таянии снега и осадков в виде дождя, выпадающих на поверхность тающего льда.

На твердой части вертикальной боковой границы океана задаются условие скольжения с непротеканием для скорости течений и условия тепло- и солеизоляции На жидкой части границы на участках втока (Берингов пролив, створы рек, часть границы с Северной Атлантикой) задаются нормальные компоненты скорости течений, температура и соленость. На остальной части границы с Северной Атлантикой (участки вытекающего потока), значения температуры и солености экстраполируются из соседних к границе узлов расчетной области, а значения нормальной к границе составляющей скорости

рассчитываются на каждом временном шаге таким образом, чтобы в расчетной области выполнялось условие сохранения объема жидкости Касательная составляющая скорости течений на жидких границах полагается равной нулю

Для снежно-ледяного покрова на твердых границах модельной области задаются условие прилипания для скорости движения льда и условия обращения в нуль производных по нормали к границе от толщин льда и снега и концентрации снежно-ледяного покрова На жидкой границе производная от скорости движения льда по нормали к границе на всех ее открытых участках, а также толщина льда и снега и концентрация снежно-ледяного покрова на втоках полагаются равными нулю, на остальных участках жидкой границы значения этих толщин и концентрации экстраполируются из соседних к границе узлов расчетной области.

Одной из задач численных экспериментов с описанной выше моделью циркуляции океана и льда, представленных в третьей главе диссертации, было определение ареала и путей распространения речных вод основных рек (Печора, Обь, Енисей, Лена, Индигирка, Колыма. Маккензи) в Арктических морях и Арктическом бассейне и оценка возможности модели воспроизводить особенности циркуляции вод и льдов и выноса пресной воды за пределы бассейна.

В качестве атмосферных воздействий были заданы средние 10-суточные поля атмосферного давления, температуры воздуха в приводном слое атмосферы, осадков и балла общей облачности, полученные путем осреднения данных Европейского Центра среднесрочных прогнозов погоды (ЕСМ\\Т) по периоду 1979-1993гг На боковой границе бассейна были заданы климатические средние месячные значения стока в устьях 7 названных выше рек, средние годовые расходы (использованные для расчета скорости течений) и средние сезонные значения температуры и солености на границах с Северной Атлантикой и в Беринговом проливе. Модель интегрировалась на прямоугольной сетке с шагом по горизонтали 100 км и 20 уровнями по вертикали, причем шаг по вертикали для 6 верхних уровней был равен 5м

Расчет от состояния покоя до установления квазиравновесного режима в верхнем и промежуточном слоях океана продолжался около 300 лет

Сравнение рассчитанных характеристик океана и морского льда с данными о средней (климатической) циркуляции поверхностных вод, сезонных изменениях границы распространения морского льда, распределении средней многолетней толщины льда, зимних и летних пространственных распределениях температуры и солености показало, что рассчитанное климатическое состояние СЛО не противоречит представлениям о нем, основанным на данных наблюдений.

Для выяснения путей распространения вод отдельных рек. впадающих в СЛО, была выполнена серия численных экспериментов, в которых в устье выделенной реки задавалось некоторое фиксированное значение концентрации консервативного трассера (точечный источник) и на основе адвективно-диффузионного уравнения рассчитывалось его распространение в океане с течением времени Скорость течений задавалась по описанным выше результатам расчета среднего климатического состояния СЛО. Границей области, занятой трассером, считалась поверхность, на которой его концентрация составляла 1% от концентрации в источнике

Согласно результатам расчетов, трассер распространялся в пределах верхнего 30-50-метрового слоя, не попадая в нижележащие слои океана. Скорость распространения трассера заметно уменьшалась со временем: она была максимальной в первые 5-10 лет после начала счета, заметно уменьшалась в последующие 10-15 лет. а после 25-30 лет становилась близкой к нулю Как видно (рис. 1а). воды Оби и Енисея достигают пролива Фрама примерно через 10 лет после выхода из устьев, что хорошо согласуется с независимыми оценками (Harms et al., 2000).

Принимая положение 30-летней изохроны за границу области распространения речных вод, на основе расчетов были сделаны следующие выводы: 1) воды Печоры остаются в основном в пределах Баренцева и Карского морей; 2) воды Оби и Енисея (рис. 1а) занимают Карское море и далее

распространяются через бассейны Нансена и А чудесна к побережью Гренландии и Канады, причем часть из них через пролив Фрама попадает в Гренландское море, а часть, перемещаясь вдоль канадского побережья, почти достигает устья Маккензи; 3) воды Лены занимают моря Лаптевых. ВосточноСибирское и Чукотское и далее распространяются через бассейн Макарова к берегам Гренландии и Канады; 4) воды Индигирки и Колымы не покидают пределов Восточно-Сибирского и Чукотского морей; 5) воды Маккензи (рис. 16) локализуются в основном в пределах морей Бофорта и Чукотского, «языки» этих вод достигают сибирского шельфа в Восточно-Сибирском море и море Лаптевых.

В четвертой главе модель системы морской лед-океан была использована для расчета межгодовой и сезонной изменчивости характеристик океана и льда в СЛО в период с 1948г по 2000г. В качестве атмосферных воздействий были заданы средние суточные поля облачности, приземных скорости ветра и температуры воздуха и скорости выпадения осадков из архива NCFP/NCAR На части границы с Северной Атлантикой (разрез по Фареро-Исландскому порогу от Исландии до побережья Норвегии) и в Беринговом проливе, задавались среднегодовые расходы, равные соответственно 8 и 1Св Модель интегрировалась на прямоугольной сетке с шагом по горизонтали 80 км и 33 уровнями по вертикали Шаг по вертикали для 6 верхних уровней был равен 5м Расчет был выполнен в 2 этапа. На первом этапе модель интегрировалась в течение 300 лет при циклически повторяемых атмосферных условиях 1948 г К концу этого периода было достигнуто квазиравновесное состояние верхних слоев океана На втором этапе рассчитывались изменения состояния СЛО в период с 1948 по 2000 гг. в двух случаях: 1) без условия восстановления солености на поверхности океана (стандартный расчет STD) и 2) с введением дополнительного члена вида (Ss - SuhJ/R в уравнение переноса соли для верхнего модельного слоя, обеспечивающего привязку поверхностной солености S, к ее климатическим среднегодовым значениям S„i„ с константой R,

равной 30 суткам (расчет SSR) В обоих случаях на основе решения первого этапа были заданы одни и те же начальные условия.

Сравнение средних по периоду 1948-2000гг полей солености и температуры, полученные в STD расчете, с данными архива Левитуса (1994) и Атласа СЛО (Полярный научный центр климатической гидрографии. 2002) показало, что рассчитанная соленость верхнего 40-метрового слоя океана как качественно, так и количественно хорошо согласуется с данными наблюдений в центральной части Арктического бассейна и в море Бофорта, где ее значения составляли 30-31%о. В окраинных морях, за исключением Баренцева, где соленость верхнего слоя недооценивается моделью, также отмечается неплохое согласие расчета с данными наблюдений В промежуточном слое (100-600м), в котором распространяется основная часть атлантической воды, рассчитанные значения солености, находясь в качественном соответствии с данными наблюдений, оказались заниженными на 0 7-1 6%0 Рассчитанная температура верхнего 40-метрового слоя в Норвежском и Баренцевом морях оказалась на 1 -3 градуса ниже наблюдаемой, тогда как в остальной части бассейна различия между рассчитанными и наблюдаемыми температурами не превышали 0.5°С Температура воды в слое 100-600м переоценивается моделью на 1-2°С. Отмеченные расхождения между моделью и данными наблюдений вызваны главным образом слабым проникновением атлантических вод в Баренцево море, обусловленным приближенным заданием скоростей течений на границе с Северной Атлантикой. Сравнение результатов расчетов с данными спутниковых наблюдений NORSEX показало, что модель хорошо воспроизводит среднее по периоду 1980-2000гг. положение кромки морского льда.

Межгодовые изменения средних годовых значений характеристик льда и верхнего 40-метрового слоя океана, осредненные по площади СЛО, в период 1948-2000 гг. представлены на рис. 2. Как видно, рассчитанные изменения минимальных в течение годового цикла (сентябрьских) значений площади распространения морского льда в целом согласуются со спутниковыми

данными Уменьшение модельной толщины льда в среднем на 31% (рис 26) с 70-х годов до конца прошлого столетия согласуется с оценкой (42%) ее изменений в эгот период, полученной по данным измерений с подводных лодок.

Выполненный расчет подтверждает известную из других модельных расчетов и данных наблюдений неравномерность изменения площади распространения льда в Арктическом бассейне в 90-е годы прошло1 о столетия: уменьшение толщины льда в восточной половине бассейна и его >величение в западной в период 1989-1996гг. по сравнению с периодом 1979-1988гг (рис За). В этот же период на фоне опреснения поверхностного слоя большей части Арктического бассейна отмечался рост солености верхнего перемешанного слоя в Евразийском бассейне (рис. 36). Показано, что это осолонение было связано с изменениями поверхностной циркуляции вод, в результате чего произошло смещение области распространения вод сибирских рек в восточном направлении, а также усилился перенос воды повышенной солености из моря Лаптевых к центру Арктического бассейна

Представление о межгодовых изменениях температуры в промежуточных слоях океана дает рис.4, на котором представлена эволюция температуры в окрестности мыса Арктический в море Лаптевых в период 1973-1995гг. Модель также, как и данные наблюдений, указывает на резкое увеличение температуры воды (соответственно на 2.0 и 1 °С) в 1989 -1995 гг. в ядре атлантических вод (175-ЗООм). Вместе с тем. модельные оценки максимальной температуры атлантических вод оказались завышенными на 1.5-2 °С и смещенными по глубине на 300 м в течение всего периода 1973-1995гг . что не подтверждается данными наблюдений.

Перечисленные отличия модельных и наблюдаемых оценок межгодовых изменений температуры верхнего 1000-метровою слоя океана вызваны в основном отсутствием в модели межгодовых изменений скорости течений и температуры на границе с Северной Атлантикой. В определенной степени они также связаны с недостатками самой модели, не описывающими в полной мерс

проникновение атлантических вод в Арктический бассейн, что приводит к завышению их температуры в Евразийском и занижению - в Канадском бассейнах Главной причиной недостаточно интенсивной подповерхностной циркуляции в модели, не обеспечивающей адекватного проникновения атлантических вод в Арктический бассейн, является отсутствие учета синоптических вихрей, играющих заметную роль в формировании средних течений.

Таким образом, несмотря на отсутствие в модели межгодовых изменений скорости течений, температуры и солености на границе с Северной Атлантикой, оказалось возможным воспроизвести основные особенности изменений в СЛО, наблюдавшиеся во второй половине прошлого столетия. Отсюда следует, что эти изменения, по-видимому, определяются изменениями характеристик атмосферы в большей степени, чем изменениями поступления атлантической воды и ее характеристик.

Использование условия привязки к климатической поверхностной солености приводит к уменьшению летней площади распространения льда, толщины льда и температуры (на 0.1-0.15 °С) и увеличению солености (на 0.81.3 %о) в верхнем 40-метром слое СЛО в течение всего периода 1948-2000 (рис 2). Вместе с тем в промежуточных слоях западной части Арктического бассейна температура воды увеличивается (рис.5), а увеличения солености оказываются меньше, чем в поверхностном слое. В результате плотностная стратификация в Арктическом бассейне, особенно в его западной части, ослабляется, что приводит уменьшению выноса арктических вод через пролив Фрама (на 0.7-0.8 Св). В Северо-Европейском бассейне условие привязки приводит к значительному понижению температуры и солености (примерно на 1°С и 1 5%о в Гренландском море) в верхнем 40-метровом слое и ослаблению поверхностной циркуляции.

Таким образом, условие привязки к климатической поверхностной солености воздействует на взаимодействие между Арктическим бассейном и Гренландским морем двояко. Внутри Арктического бассейна, оно вызывает

ослабление вертикальной плотностной стратификации, что уменьшает вынос арктической воды из бассейна С другой стороны, это условие изменяет плотностную структуру в Гренландском море, что вызывает уменьшение поступления атлантической воды в Арктический бассейн (на 0 5 Св). В результате ядро атлантических вод в Арктическом бассейне сдвигается вниз почти на 200м (рис.5).

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1. Модернизирована совместная модель океана и морского льда: введены снежный покров на поверхности льда, полное условие для потока соли на поверхности океана, схема турбулентного замыкания Мсллора - Ямады. заданы нормальные компоненты скорости течений на открытой границе, учтена зависимость температуры замерзания морской воды от ее солености.

2. На основе модели воспроизведено климатическое состояние СЛО. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что рассчитанным поверхностным течениям присущи основные особенности климатической циркуляции поверхностных вод СЛО, а рассчитанные поля температуры и солености находятся в неплохом согласии с данными климатических архивов. Рассчитанная средняя многолетняя площадь ледяного покрова хорошо согласуется со спутниковыми данными.

3. В результате численных экспериментов по распространению пассивного трассера выделены ареалы и пути распространения речных вод основных рек. впадающих в СЛО, а также оценено время достижения ими различных частей Арктического бассейна. Установлено, что в Канадском бассейне преобладает речные воды Маккензи, в то время как сибирские реки служат источником пресной воды для остальной части Арктического бассейна. Вода из этих рек вносит основной "речной" вклад в сток пресной воды через пролив Фрама.

4 Модернизированная модель циркуляции океана и льда использована для воспроизведения сезонной и межгодовой изменчивости характеристик СЛО в период 1948-2000гг. Показано, что межгодовые изменения площади распространения и толщины льда согласуются соответственно с данными спутниковых наблюдений и измерений с подводных лодок Выполненный расчет подтверждает известную из других модельных расчетов и данных наблюдений неравномерность изменения площади распространения льда в Арктическом бассейне в 90-е годы прошлого столетия, уменьшение толщины льда в восточной половине бассейна и его увеличение в западной в период 1989-1996гг. по сравнению с периодом 1979-1988гг.

5. Модельный расчет подтверждает значительное повышение температуры глубинных атлантических вод в Арктическом бассейне в 90-е годы двадцатого столетия, зафиксированное по данным наблюдений В этот период на фоне опреснения поверхностного слоя большей части Арктического бассейна отмечался рост солености верхнего перемешанного слоя в Евразийском бассейне. Показано, что это осолонение было связано с изменениями поверхносшой циркуляции вод, в результате чего произошло смещение области распространения вод сибирских рек в восточном направлении, а также усилился перенос воды повышенной солености из моря Лаптевых к центру Арктического бассейна.

6. Несмотря на отсутствие в модели межгодовых изменений скорости течений, температуры и солености на границе с Северной Атлантикой, оказалось возможным воспроизвести основные особенности изменений в Северном Ледовитом океане, наблюдавшиеся во второй половине двадцатого столетия. Отсюда следует, что эги изменения, по-видимому, определяются изменениями характеристик атмосферы над Северным Ледовитым океаном в большей степени, чем изменениями поступления атлантической воды и ее характеристик.

7. Использование условия привязки к климатической поверхностной солености оказывает заметное влияние на термохалинную структуру верхних и

промежуточных слоев океана, циркуляцию вод и характеристики льда Поэтому можно ожидать, что модели, использующие условие привязки к климатической поверхностной солености, будут приводить к существенным искажениям отклика океана на меняющиеся атмосферные воздействия в случае интегрирования на большие сроки.

Разработанная региональная трехмерная совместная модель циркуляции океана и морского льда в настоящее время используется для оценки возможных последствий изменений климата в СЛО в ближайшие десятилетия. Эта модель положена в основу разрабатываемой трехмерной экосистемной модели СЛО. Она также может быть рекомендована для моделирования циркуляции вод и льда в отдельных Арктических морях

Рис 1 Изохроны (в годах) I-процентной концентрации примеси (в процентах от ее значения в источнике) Источник Обь и Енисей (а), Маккензи (б)

г) згл

30 4 --,-.-1---1-------г

19» 1960 1970 19» 1900 2000

Рис 2 Рассчитанные изменения характеристик морского льда и верхнего 40-метрового слоя океана в СЛО в период /948-2000 гг

а- площадь распространения морского льда в сентябре; б, в и г - средние годовые толщина льда, температура и соленость в верхнем 40-метровом слое океана, осредненные по площади СЛО Звездочками обозначены данные спутниковых наблюдений NORSEX, сплошные и пунктирные кривые -соответственно результаты расчетов STD и SSR

Рис 3 Аномалии толщины (м) льда (а) и солености ( %о) верхнего 40-метрового слоя океана (б, для периода 1989-1996 гг относительно периода 1979-1988 гг

1975 1980 198Ь 1990 1995

Рис 4 Эволюция температуры воды С С) в верхнем 1000-метровом слое океана в 1973-1995гг в окрестности точки (79'46'с ш , 118'28' в б) а - данные глубоководных наблюдений, б - результаты STD расчета , в -разность результатов SSR и STD расчетов

а) с 100 200

Шпицберген

ИГ

■ \ •>,

300- \

i i > 400 -Г

500; ,* 600 —f / 700 4 ' 800 ^ 900 V Ни-1--

'7

i

Г

?000 лист км

б) 0100-

J-

200-'"-- ~

зоо -¡" \ \

^ \ Ч 40С-< » V, -

5001 ; воо -I 1

воо- / J 900

"7

т

±1

2000 лио

В) 0

PT-v--'00-., - ,

200 -v У / ___>'" OS /

400 f

i _ 500 4

воо 'л 700800 И'

1

900 н_

-/

7

\

Н м-

2000 диет ,км

Рис 5 Осредненная по периоду 1990-1999 температура CQ на разрезе от Шпицбергена до Апяски (а) результаты STD расчета, (б) результаты SSR расчета, (в) разность результатов SSR и STD расчетов.

Основные результаты диссертационной работы отражены в след\ющих публикациях'

1 Дворников А Ю Моделирование распространения речных вод в Арктическом бассейне- численные эксперименты с моделью общей циркуляции океана и морского льда Труды конференции молодых

ученых "Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата'', 19-21 июня 2001г.. Главная Геофизическая обсерватория

им Воейкова, Санкт-Петербург. Гидрометеоиздат, СПб, 2003, с 85-90 2. Рябченко В А.. Г В.Алексеев. И А Неелов, А Ю Дворников Распространение речных вод в Северном Ледовитом океане Метеорология и гидрология. 2001. № 9, с 61-69. 3 Dvornikov A.Yu., Ryabchenko V.A , Alekseev G.V., Neelov I.A. Spreading of riverine waters in the Arctic Basin 34th Int Liege Colloquium on Ocean Hydrodynamics "Tracer methods in geophysical Fluid Dynamics", Liege, May 6-10, 2002. Abstracts. Liege. University ofLiege, 2002. P.19. 4. B.A.Рябченко, Г.В.Алексеев, И.А.Неелов, А.Ю Дворников Воспроизведение климатических изменений в Арктическом бассейне на основе модели циркуляции океана и льда без привязки к климатической солености на поверхности океана. Труды ААНИИ «Исследование процессов взаимодействия океана и атмосферы и климата в полярных областях», СПб, 2003, с.60-82.

г

Подписано в печать 09.11.2004 г.

Формат 60 х 84 1/16. Объем 2,5 пл.

Тираж 100 экз. Заказ № 7/11

Отпечатано в издательстве «Геликон Плюс» 199053, Санкт-Петербург, В.0.1-ая линия, д. 28. Тел.: (812) 327-46-13

РНБ Русский фонд

2006-4 5396

О '] ' г 7

I

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Дворников, Антон Юрьевич

Введение 3 #

Глава 1. Океанская циркуляция, морской лед и речные воды в Северном

Ледовитом океане во второй половине прошлого столетия

§ 1. Основные результаты анализа данных наблюдений

§2. Роль речного стока в формировании плотностной структуры верхнего слоя Арктического бассейна

§3. Исследования на основе региональных совместных моделей океанской циркуляции и морского льда

Глава 2. Совместная модель общей циркуляции океана и морского льда

§ 1. Модель общей циркуляции океана

§2. Модель морского льда

§3. Совместная модель и краевые условия

§4. Численная реализация

Глава 3. Моделирование распространения речных вод в Арктическом бассейне и Арктических морях

§ 1. Воспроизведение климатического состояния CJ

§2. Определение областей распространения речных вод

Глава 4. Воспроизведение климатических изменений в CJIO во второй половине 20-го века ф

§1. Описание численных экспериментов с моделью

§2. Сравнение средних по периоду расчета (1948-2000гг.) характеристик CJ10 с данными климатических архивов

§3 Изменения климата в период 1948-2000гг. рассчитанные без привязки к климатической солености на поверхности океана

§4. Изменения климата в период 1948-2000гг., рассчитанные с привязкой к климатической солености на поверхности океана

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Моделирование климатических изменений океанской циркуляции, морского льда и распространения речных вод в Северном Ледовитом океане во второй половине 20-го столетия"

Актуальность проблемы. Впервые на сильную взаимосвязь циркуляции Северного Ледовитого океана (CJ10) и климата указал еще Нансен в 1902 году [47]. Ведущиеся с тех пор исследования климата Арктики не потеряли своей актуальности и сегодня. Это лишний раз было подтверждено международным научным сообществом при создании в 1994г. специальной десятилетней программы ACSYS («Arctic Climate System Study» - исследование Арктической климатической системы), нацеленной на углубление понимания роли Арктики в глобальном климате. Программа ACSYS способствовала кооперации среди исследователей, специализирующихся в области океанологии, метеорологии, изучения морского льда, гидрологии и математического моделирования. Основными задачами этой программы были: 1) выяснение взаимосвязей между циркуляцией CJ10, снежно-ледяным покровом, атмосферой и гидрологическим циклом; 2) инициация долгопериодных исследований климата Арктики и специальных программ мониторинга; 3) создание научной базы для адекватного представления арктических процессов в глобальных моделях климата.

Настоящая диссертационная работа, выполненная в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 годы (блок 1 «Ориентированные фундаментальные исследования», раздел «Глобальные изменения климата и их вероятные последствия») и поддержанная грантами РФФИ (проекты № 00-05-64818, № 01-05-65171), тесно связана с решением первой и третьей задач программы ACSYS. При решении последней задачи (адекватного представления арктических процессов в глобальных моделях климата) особое внимание уделяется глобальным океанским моделям. Но подобные модели, в силу своей универсальности, неспособны с достаточной степенью точности описывать процессы в CJ10. Исследования с использованием региональных моделей могут дать более полную и точную информацию об этих процессах, а опыт, накопленный при использовании таких моделей, может послужить для выработки рекомендаций для более адекватного воспроизведения Арктического климата в глобальных моделях.

Объектом исследования в работе является Северный Ледовитый океан, предметом исследования - циркуляция и термохалинная структура его вод и их взаимодействие со снежно-ледяным покровом на сезонном и межгодовом масштабах, а средством (методом) исследования — региональная трехмерная гидротермодинамическая модель циркуляции океана и морского льда.

Цель и задачи настоящей работы. Цель настоящей работы состоит в усовершенствовании разработанной ранее модели циркуляции океана и морского льда CJIO и ее применении для оценки изменений в состоянии вод и льдов CJIO на протяжении второй половины XX столетия и анализа их возможных причин. Задачи настоящей работы включали:

• усовершенствование совместной модели общей циркуляции океана и морского льда,

• расчет средней (климатической) циркуляции вод и льдов CJIO,

• воспроизведение изменений в состоянии вод и льдов в CJIO во второй половине двадцатого столетия, анализ результатов расчета и их сравнение с данными наблюдений,

• определение ареала и путей распространения речных вод основных рек в Арктических морях и Арктическом бассейне,

• анализ результатов расчета и их сравнение с данными наблюдений,

• выяснение ограничений использования в моделях условия привязки поверхностной солености к ее климатическим значениям.

Научная новизна. Впервые выполнен расчет межгодовой изменчивости системы океан-лед в Арктике во второй половине двадцатого столетия без привязки поверхностной солености к ее климатическим значениям и оценены последствия использования этой процедуры при длительном интегрировании моделей. Впервые рассчитаны пути и время распространения речных вод основных российских рек и р. Маккензи в CJIO с использованием полей скорости течений, восстановленных по гидротермодинамической модели океана и морского льда.

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся :

• модифицированная совместная модель общей циркуляции океана и морского льда,

• оценки межгодовых изменений пространственных распределений характеристик океана и морского льда в CJIO во второй половине двадцатого столетия.

• оценки путей и времени распространения речных вод основных рек в Арктических морях и Арктическом бассейне.

Практическая значимость. Разработанная региональная трехмерная совместная модель циркуляции океана и морского льда в настоящее время используется для оценки возможных последствий изменений климата в Арктике в ближайшие десятилетия. Эта модель положена в основу разрабатываемой трехмерной экосистемной модели С ДО. Она также может быть рекомендована для моделирования циркуляции вод и льда в отдельных Арктических морях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных семинарах в Санкт-Петербургском филиале Института Океанологии им. П.П.Ширшова РАН, в Институте Вычислительной Математики РАН, на семинарах в Институте Океанологии в Гамбурге и Институте Альфреда Вегенера в Бременхафене (Германия), в Океанографическом центре в Саутгэмптоне (Великобритания), а также на конференции молодых ученых в Главной Геофизической обсерватории им.Воейкова «Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата» в Санкт-Петербурге в июне 2001г., на международном симпозиуме по измерениям и моделированию циркуляции Арктического океана в Нью-Йорке в июне 2002г., на 34-ом международном Льежском коллоквиуме «Трассерные методы в динамике жидкости» в мае 2002г., на международной итоговой конференции программы ACSYS в Санкт-Петербурге в ноябре 2003г., на пятой Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» («Н0-2004») в Санкт-Петербурге в марте 2004г.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований отражены в 4-х публикациях.

Личный вклад диссертанта в исследования заключается в усовершенствовании существующей гидродинамической модели системы океан -морской лед, в проведении численных экспериментов с моделью и анализе полученных результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Объем диссертации: 92 страниц основного текста, 26 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 78 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Дворников, Антон Юрьевич

Основные результаты работы сводятся к следующему.

1. Модернизирована совместная модель океана и морского льда, разработанная в [14, 38]: 1) введено описание снежного покрова на поверхности льда; 2) поставлено полное условие для потока соли на поверхности океана; 3) введена более совершенная схема турбулентного замыкания Меллора-Ямады; 4) заданы нормальные компоненты скоростей течений на открытой границе; 5) учтена зависимость температуры замерзания морской воды от ее солености.

2. На основе модели воспроизведено климатическое состояние СЛО. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что рассчитанным поверхностным течениям присущи основные особенности климатической циркуляции поверхностных вод Северного Ледовитого океана, а рассчитанные поля температуры и солености находятся в неплохом согласии с данными климатических архивов [41, 42] и [53]. Рассчитанная средняя многолетняя площадь ледяного покрова хорошо согласуется со спутниковыми данными [50].

3. В результате численных экспериментов по распространению пассивного трассера выделены ареалы и пути распространения речных вод основных рек, впадающих в СЛО, а также оценено время достижения ими различных частей Арктического бассейна. Так, воды Оби и Енисея достигают пролива Фрама примерно через 10 лет после выхода из устьев, что хорошо согласуется с независимыми оценками [32]. Установлено, что в Канадском бассейне преобладает речные воды Маюсензи, в то время как сибирские реки служат источником пресной воды для остальной части Арктического бассейна. Вода из этих рек вносит основной "речной" вклад в сток пресной воды через пролив Фрама.

4. Модернизированная модель циркуляции океана и льда использована для воспроизведения сезонной и межгодовой изменчивости характеристик СЛО в период 1948-2000гг. Показано, что межгодовые изменения площади распространения и толщины льда согласуются соответственно с данными спутниковых наблюдений [50] и измерений с подводных лодок [61]. Выполненный расчет подтверждает известную из других модельных расчетов и данных наблюдений неравномерность изменения площади распространения льда в Арктическом бассейне в 90-е годы прошлого столетия: уменьшение толщины льда в восточной половине бассейна и его увеличение в западной в период 1989-1996гг. по сравнению с периодом 1979-1988гг.

5. Модельный расчет подтверждает значительное повышение температуры глубинных атлантических вод в Арктическом бассейне в 90-е годы двадцатого столетия, зафиксированное по данным наблюдений [3]. В этот период на фоне опреснения поверхностного слоя большей части Арктического бассейна отмечался (как в модели, так и по данным наблюдений) рост солености верхнего перемешанного слоя в Евразийском бассейне. Показано, что это осолонение было связано с изменениями поверхностной циркуляции вод, в результате чего произошло смещение области распространения вод сибирских рек в восточном направлении, а также усилился перенос воды повышенной солености из моря Лаптевых к центру Арктического бассейна.

6. Несмотря на отсутствие в модели межгодовых изменений скорости течений, температуры и солености на границе с Северной Атлантикой, оказалось возможным воспроизвести основные особенности изменений в Северном Ледовитом океане, наблюдавшиеся во второй половине двадцатого столетия. Отсюда следует, что эти изменения, по-видимому, определяются изменениями характеристик атмосферы над Северным Ледовитым океаном в большей степени, чем изменениями поступления атлантической воды и ее характеристик.

7. Использование условия привязки к климатической поверхностной солености оказывает заметное влияние на термохалинную структуру верхних и промежуточных слоев океана, циркуляцию вод и характеристики льда. Поэтому можно ожидать, что модели, использующие условие привязки к климатической поверхностной солености, будут приводить к существенным искажениям отклика океана на меняющиеся атмосферные воздействия в случае интегрирования на большие сроки.

Разработанная региональная трехмерная совместная модель циркуляции океана и морского льда в настоящее время используется для оценки возможных последствий изменений климата в СЛО в ближайшие десятилетия. Эта модель положена в основу разрабатываемой трехмерной экосистемной модели СЛО. Она также может быть рекомендована для моделирования циркуляции вод и льда в отдельных Арктических морях.

Заключение

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Дворников, Антон Юрьевич, Санкт-Петербург

1. Алексеев Г.В., Булатов JI.B., Захаров В.Ф., Мякошин О.И. Формирование аномалий содеожания пресной воды в верхнем слое Арктического бассейна. Метеорология и гидрология, 2000, № 8, с. 64 73.

2. Алексеев Г.В., И.О.Булатов, Н.П.Смирнов. Изменчивость переноса льда через пролив Фрама. Метеорология и гидрология, 1997, № 9, 52-57.

3. Алексеев Г.В., Л.В.Булатов, В.Ф.Захаров, В.В.Иванов. Тепловая экспансия атлантических вод в Арктическом бассейне. Метеорология и гидрология, 1998, № 7, 69-78.

4. Американо-Российский атлас СЛО. Океанографичекий атлас для зимнего периода.; Под ред. Л.А. Тимохова и Ф. Танниса. CD-ROM, NSIDS/CIRES. 1997.

5. Американо-Российский атлас СЛО. Океанографичекий атлас для летнего периода.; Под ред. Л.А. Тимохова и Ф. Танниса. CD-ROM, NSIDS/CIRES. 1998

6. Атлас океанов. Северный Ледовитый океан. Горшков С.Г.(ред.). М., ГУГК, 1980.- 189 с.

7. Богородский В.В., Гусев А.В., Доронин Ю.П., Кузнецова Л.Н. Шифрин К.С. Физика океана.; Под ред. Доронина Ю.П. Гидрометеоиздат, 1978.

8. Булатов Л.В. и В.Ф. Захаров. К изменению теплового состояния Северного Ледовитого океана. Труды ААНИИ, 1978, 349, 26-33.

9. Ю.Дворников А.Ю. Моделирование распространения речных вод в Арктическом бассейне: численные эксперименты с моделью общей циркуляции океана и морского льда. Труды конференции молодых ученых

10. Гидродинамические методы прогноза погоды и исследования климата", 1921 июня 2001г., Главная Геофизическая обсерватория им.Воейкова, Санкт-Петербург. Гидрометеоиздат, СПб, 2003, 85-90.

11. Иванов В.В. Пресноводный баланс Арктического океана. // Труды ААНИИ. -1976. -N323.-С.138-147.

12. Каменкович В.М. Основы динамики океана. //JL: Гидрометеоиздат, 1973.

13. Кулаков М.Ю. Павлов В.К. Моделирование последствий сброса радиоактивных отходов с комбината Селлафилд. // Труды ААНИИ. — 1999. -N442. С.159-164.

14. Неелов И.А. Математическая модель синоптических вихрей в океане. Океанология, 1982, т.22, вып.6, 875-884.

15. Никифоров Е.Г., Шпайхер А.О. Закономерности формирования крупномасштабных колебаний гидрологического режима Северного Ледовитого океана. Л., Гидрометеоиздат, 1980. 268 с.

16. Павлов В.К. Моделирование крупномасштабной циркуляции вод и переноса загрязнений в Северном Ледовитом океане. // Труды ААНИИ. 1999. -N442. - С.53-75.

17. Романов И.П., Ледяной покров Северного Ледовитого океана. Изд-во Арктического и Антарктического НИИ, 1992. 211 с.

18. Рябченко В.А., Г.В.Алексеев, И.А.Неелов, А.Ю.Дворников. Распространение речных вод в Северном Ледовитом океане. Метеорология и гидрология. 2001. №9, с.61-69.

19. Саркисян А.С., Численный анализ и прогноз морских течений. Л.: Гидрометеоиздат, 1977г.

20. Ф.Мезингер, А.Аракава Численные методы используемые в атмосферных моделях. Ленинград, гидрометеоиздат, 1979г.

21. Aggarad К., Barrie L. A. et al. U.S. Canadian researchers explore Arctic Ocean. -EOS, 1996,77,22,209-213.

22. Alekseev G.V., Bulatov L.V., Zarharov V.F. Fresh water melting/freezing cycle in the Arctic Ocean. In: The Freshwater Budget of the Arctic Ocean. Eds.: E.W.1.wis et al. // NATO Science Series. Kluwer Academic Publishers. - 2000. -p.589 - 608.

23. Arctic Ocean Model Intercomparison Project (AOMIP) http://fish.cims.nyu.edu/projectaomip/overview.html

24. Carmack E.C., R.W.Macdonald, R.G.Perkin, F.A.McLaughlin, and RJ.Pearson. Evidence of warming of Atlantic water in the southern Canadian Basin of the Arctic Ocean: Results from the Larsen-93 expedition. Geophys.Res.Lett., 1995, 22, 1061-1064.

25. Dickson, R.R., TJ.Osborn, J.W.Hurrell, J.Meinke, J.Blinheim, B.Adlandsvik, T.Vinje, G.Alekseev, and W.Maslowski. The Arctic ocean response to the North Atlantic Oscillation. J. Climate, 2000, 13, 2671-2696.

26. GOTM, a General Ocean Turbulence Model, Source code documentation. H. Burchard, K. Bolding, M.R. Villarreal, P.-P. Matheiu and G. Umgiesser. Ver. 2.0.0. 2000. (http://www.gotm.net).

27. Guay, C.K., and Falkner, K.K. Barium as a tracer of Arctic halocline and river waters. // Deep Sea Research. 1997. vol. 44. - p.1543-1569.

28. Hakkinen, S., and C.A.Geiger. Simulated low-frequency modes of circulation in the Arctic Ocean. J.Geophys.Res., 2000, 105, No.C3, 6549-6564.

29. Hansen В., Osterhus S. North Atlantic Nordic Seas Exchanges. Progress in oceanography, 2000.

30. Harms I.H., MJ.Karcher, D.Dethleff. Modelling Siberian river runoff -implications for contaminant transport in the Arctic Ocean. Journal of Marine Systems, 2000, 27, 95-115.

31. Hibler W.D., III. A dynamic thermodynamic sea ice model. J. Phys. Oceanogr., 1979, 9, 817-846.

32. Hibler, W.D. Ill: Modeling a variable thickness sea ice cover. Mon. Weather Rev., 108, 1943-1973, 1980.

33. Holloway G., and Sou, T. Has Arctic sea ice rapidly thinning? J. Climate, 2002, 15, 1691-1701.

34. IPCC, 1996: (SAR) Climate Change 1995, The science of climate change, Intergovernmental Panel on Climate change, J.T. Houghton et al., eds., Cambridge U. Press, pp. 86-103.

35. Johnson M.A., and I.V.Polyakov. The Laptev Sea as a source for recent Arctic Ocean salinity changes. Geophys. Res.Lett., 2001, 28, 2017-2020.

36. Jones P.D., M. New, D.E. Parker, S. Martin, and I.G. Rigor. Surface air temperature and its changes over the past 150 years. Review of Geophysics, 1999, 37(2), 173-199.

37. Laxon, S., P.Wadhams, C.Dick, and K.Steffen. Recent variations in Arctic sea-ice thickness. Report to the Arctic Ocean Sciences Board by ACSYS/CliC Observation Products Panel. IACPO INFORMAL Report No.7.WCRP, ACSYS/CliC. Troms0, Norway, 2002, 13p.

38. Levitus, S., and T.P.Boyer, World Ocean Atlas 1994, Vol.4: temperature, U.S. Department of Commerce, NOAA, Washington, D.C., 1994.

39. Levitus, S., R.Burgett and T.P.Boyer, World Ocean Atlas 1994, Vol.3: salinity, U.S. Department of Commerce, NOAA, Washington, D.C., 1994.

40. Maslowski, W., B.Newton, P.Schlosser, A.Semtner, and D.Martinson. Modeling recent climate variability in the Arctic Ocean. Geophys. Res.Lett., 2000, 27, 3743-3746.

41. Maykut, G. A., and D. K. Perovich, The role of shortwave radiation in the summer decay of a sea ice cover, J. Geophys. Res., 92, 7032-7044, 1987.

42. Mellor, G.L., and Т. Yamada, Development of a turbulence closure model for geophysicalfluid problems, Rev. Geophys., 1982, 20, 851-875.

43. Mysak L.A., Manak D.K., and Marsden R.F. Sea ice anomalies observed in the Greenland and Labrador Seas during 1901-1984 and their relation to an interdecadel Arctic Climate cycle. // Climate Dynamics. 1990. - N.5. - P.lll-132.

44. Nansen, F., The Oceanography of the North Polar Basin:in the Norwegian North Polar Expedition, 1893-1896, Scientific Results, Vol.III (IX), 1902, 427pp.

45. NCEP/NCAR Reanalysis, 2002. Http://dss.ucar.edu/pub/reanalysis.

46. Neelov I.A. A model of the Arctic Ocean circulation. In: Proceedings of the ACSYS Conf. on the dynamics of the Arctic climate system (Goteborg, Sweden, 7-10 November 1994), 1996, 446-450. WCRP-94, WMO/TD, No.760.

47. Parkinson C.L., W.M.Washigton. A large-scale numerical model of sea ice. J. Geophys. Res., 1979, 84, No.Cl, 311-337.

48. PHC 2.1, Polar science center Hydrographic Climatology (PHC), http://psc.apl.washington.edu/POLES/PHC2/Climatology.html

49. Polyakov I. V., I. Yu. Kulakov, S. A. Kolesov, N. Eu. Dmitriev, R. S. Pritchard, D. Driver, and A. K. Naumov Coupled Sea Ice-Ocean Model of the Arctic Ocean. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 1998, Vol. 120/77.

50. Polyakov, I. V. An Eddy Parameterization Based on Maximum Entropy Production with Application to Modeling of the Arctic Ocean circulation. Journal of Physical Oceanography, 2001, 31 (8): 2255-2270.

51. Polyakov, I. V., G. V. Alekseev, R. V. Bekryaev, U. S. Bhatt, R. L. Colony, M. A. Johnson, V. P. Karklin, D. Walsh, A. V. Yulin. Long-Term Ice Variability in Arctic Marginal Seas. Journal of Climate, 2003, 16 (12) : 2078-2085.

52. Polyakov, I. V., R. V. Bekryaev, G. V. Alekseev, U. S. Bhatt, R. L. Colony, M. A. Johnson, A. P. Makshtas, D. Walsh. Variability and trends of air temperature andpressure in the maritime Arctic, 1875-2000. Journal of Climate, 2003, 16 (12): 2067-2077.

53. Proshutinsky A.Y., and M.A.Johnson. Two circulation regimes of'the wind-driven Arctic Ocean. J.Geophys.tfes., 1997, 102,12,493-12,514.

54. Roach A.T., Aagaard K„ Pease C.H., Salo S.A., Weingartner Т., Pavlov V., Kulakov M. Direct mesurment of transport and water properties through the Bering Strait. //J. Geophys. Res., 1995, Vol.19, No.l, P.52-67.

55. Rothrock, D.A., Yu, Y. & Maykut, G.A. Thinning of the Arctic sea ice cover. Geophys. Res. Lett., 1999, 26, 3469-3472.

56. Rudels В., Darnell C., Gunn J., and Zakharchuk E. CTD observations. In: Scietific cruise report of the Arctic expedition ARK- XI/1 of RV "Polarstern" in 1995. Berichte zur Polarforschung, 1997, 226, 22-25.

57. Schauer U., Rudels В., Muench R.D., and Timokhov L. Circulation and water mass modification along the Nansen Basin slope. Berichte zur Polarforschung, 1995, 176, 94-98.

58. Schlosser P., B. Ekwurzel, S. Khatiwala, B. Newton, W. Maslowski, S. Pfirman Tracer studies of the Arctic freshwater budget. In: E.L. Lewis et al. (eds.), The Freshwater Budget of the Arctic Ocean, Kluwer Academic Publishers, 2000, 453478.

59. Scientific concept of the Arctic climate system study (ACSYS) Report of the JSC Study Group on ACSYS. // WCRP-72, WMO/TD-№ 486, 1992, 89 p.

60. Serreze M.C., Barry R.G., Walsh J.E. Aerological estimation of precipitation minus evaporation over Arctic. // WCRP-93, WMO/TD.- 1996.-N 739. -P.71-74.

61. Serreze, M.C., J.E.Walsh, F.S.Chapin III, T.Osterkamp, M.Dyurgerov, V.Romanovsky, W.C.Oechel, J.Morison, T.Zhang, and R.G.Barry. Observational evidence of recent change in the northern high latitude environment. Clim. Change, 2000, 46, 159-207.

62. Smagorinsky J., Manade S., Holloway J.I. Numerical results from a ninelevelgeneral circulation model of the atmosphere. Month. Wether Rev., 1965, V.93, P.727-768.

63. Steele, M. & T.Boyd. Retreat of the hold halocline layer in the Arctic Ocean. J.Geophys. Res., 1998, 103, No.55, 10,419-10,435

64. Steele, M., R. Morley, and W. Ermold, PHC: A Global Ocean Hydrography with a High-Quality Arctic Ocean, Journal of Climate, May 15, 2001 (vol. 14, no. 9, pp. 2079-2087)

65. The ECMWF Ensemble Simulation CD-ROMs. Bernd Dieter Becker. United Kingdom, 1999.

66. UNESCO. Background papers and supporting data on the International Equation of State of Seawater 1980, UNESCO Technical Papers in Marine Science, 1981, V.38.

67. Vuglinsky V. River water inflow to the Arctic Ocean conditions of formation, time variability and forecast. Proceedings Conference on Polar Processes and Global Climate. Rosario, Orcas Island, Washington, USA, 3-6 November 1997, p. 275-276.

68. Weatherly J.W. and J.E.Walsh. The effects of precipitation and river runoff in a coupled ice-ocean model of the Arctic. Climate Dynamics, 1996, 12, 785-798.

69. Zhang J., Rothrock, D. & Steele M. Recent changes in the Arctic sea ice: The interplay between ice dynamics and thermodynamics. J. Climate, 2000, 13, 30993114.

70. Zhang J., W.D.Hibler III, M.Steele, and D.A.Rothrock. Arctic ice-ocean modelling with and without climate restoring. J.Phys.Oceanogr., 1998, 28, 191217.

71. Zhang, J., Rothrock, D.A. & Steele M. Warming of the Arctic Ocean by a strengthened Atlantic inflow: Model results. Geophys. Res. Lett., 1998, 25, 17451748.