Особенности циркуляции вод Северной Атлантики в трехмерной вихреразрешающей модели Мирового океана

• Автор: Хабеев, Ренат Наилевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Трехмерная математическая модель Мирового океана
1.1 Введение
1.2 Математическая формулировка модели океана
1.3 Уравнения модели гидротермодинамических процессов океана
1.4 Краевые условия
1.5 Система координат и расчетная сетка
1.6 Алгоритм решения уравнений динамики
1.7 Прогнозирование развития климатической аномалии в Северной Атлантике. Роль вихреразрешающего разрешения в исследовании течений в этом регионе
1.8 КРР - параметризация вертикального перемешивания
1.9 Выводы
Глава 2. Численные эксперименты в вихреразрешающей модели с сезонным атмосферным форсингом СОКП и межгодовым форсингом ЕКА
2.1 Введение
2.2. Область решения, модельная сетка, топография дна
2.3. Атмосферное воздействие, начальные условия
2.4. Параметризации, уравнение состояния, параметры расчетов
2.5. Интегральные характеристики решения
2.6 Течения Гольфстрим и Куросио
2.7 Сезонная изменчивость температуры поверхности Мирового океана
2.8 Внутригодовая изменчивость величины расходов воды в проливах в расчете х02.
2.9 Межгодовая изменчивость транспорта водных масс в Арктику в расчете еЗ 1
2.10 Выводы
Глава 3. Чувствительность динамики Гольфстрима к параметризации подсеточных турбулентных процессов в модели Мирового океана
3.1 Введение
3.2 Факторы, влияющие на динамику Гольфстрима в океанских моделях

3.3 Исследование чувствительности динамики Гольфстрима к параметризации подсеточных турбулентных процессов в модели ИВМ-ИО
3.4 Мелкомасштабная вихревая кинетическая энергия
3.5 Межгодовая изменчивость течения Гольфстрим
3.6 Выводы
Заключение
Приложения
Приложение 1. Пространственные операторы в криволинейных ортогональных системах координат
Приложение 2. Расчетная схема
Приложение 3. Преобразование уравнения гидростатики
Приложение 4. Аппроксимация граничных условий
Приложение 5. Аппроксимация по времени уравнений динамики
Приложение 6. Система 2-х мерных уравнений мелкой воды для баротропных колебаний
Приложение 7. Включение баротропного решения в полное решение системы
Литература

Введение

Известно, что плотность воды почти в 800 раз больше плотности воздуха, масса океана в 270 раз больше массы атмосферы, а теплоемкость единицы массы воды в четыре раза больше теплоемкости единицы массы воздуха. По этой причине Мировой океан играет фундаментальную роль в климатической системе Земли. Тепло, необходимое на нагревание 2,5 метров воды в океане на 1°С, достаточно для нагревания всей многокилометровой атмосферы на ту же величину [31]. Океан поглощает и отдает огромное количество тепла, и поэтому вынужденные или собственные изменения состояния океана способны существенно влиять на климат Земли. Однако, преобразование энергии в атмосфере происходит во много раз быстрее, чем в океане. Поэтому в земной климатической системе Мировой океан служит инерционной средой, медленно накапливающей изменения. Атмосфера же представляет собой нестационарную часть, глобальная долгопериодная устойчивость которой поддерживается океаном [7].
Изменения климата в последние десятилетия сделали актуальным вопрос об устойчивости глобального океанического конвейера, особенно в Северной Атлантике. Нарушение циркуляции вод в Северной Атлантике может поменять и состояние всей климатической системы в Северо-Атлантическом регионе, прилегающем к Европе [85]. Ведь Гольфстрим и последующее Северо-Атлантическое течение переносят более 1.3 петаватт энергии, что в сотни раз больше всего потребляемого людьми на нашей планете количества энергии.
Об этой и других климатических проблемах подробно говорится в докладе, основанном на оценках трех Рабочих групп Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) [43,44].

намике Гольфстрима и объеме вод, переносимых Атлантической меридиональной циркуляцией, требуется, прежде всего, качественное воспроизведение самой динамики Гольфстрима и структуры АМЦ.
И первое, на что хотелось бы обратить внимание, это то, что высокое разрешение является важным условием для качественного анализа чувствительности циркуляции вод в Северной Атлантике к изменению климата и, в частности, возможному увеличению объемов пресной воды. Одной из причин является то, что в вихреразрешающих моделях присутствуют физические процессы, например, относительно мелкие вихри, которые не описываются моделями с более грубым разрешением.
-60 -50 -40 -30 -20 -10 О
longitude
Рис. 1.4. Относительные величины расходов в ключевых Северо-Атлантических проливах для данных наблюдений (оранжевая шкала), решение модели HYCOM с горизонтальным разрешением 1/12° (зеленая шкала), 1/3° (розовая шкала) и 1° (фиолетовая шкала). Взято из работы [19], их рис. 18.