Модель Северного Ледовитого океана, вложенная в модель Мирового океана

Процессы, происходящие в Северном Ледовитом океане (СЛО), являются одним из важнейших элементов общей циркуляции вод Мирового океана и оказывают существенное влияние на погоду в Евразии. Особый интерес в последние годы вызывают развитие и эволюция полярных мезоциклонов. Изменение климата Земли провоцирует ускоренное сокращение ледяного покрова в СЛО и прежде всего в так называемой приатлантической Арктике, включающей Баренцево море и западную часть бассейна Нансена. Именно здесь в последние годы наблюдается заметное сокращение площади морского льда не только в летом, но и на пике его максимального сезонного развития. Все это обуславливает большой интерес к исследованиям циркуляции вод и морского льда в Арктике

Одно из наиболее интересных явлений в Арктическом регионе – «атлантификация» вод СЛО. Изначально этот термин был введён для описания периодической смены вертикальной структуры вод Баренцева моря. Впоследствии это понятие стало включать и возрастающий приток атлантических вод, приводящей к сокращению морского льда.

Для исследования динамико-термодинамических процессов в СЛО нами разработана модельная конфигурация arctic01 совместной модели океан-лёд INMIO-CICE-CMF. Расчетная область представляет собой область Северного Ледовитого океана и часть северной Атлантики и Тихого океана, ограниченную с юга параллелью 50°N.

На южных открытых боковых границах применяется адаптивный метод, основанный на условиях излучения. Метод позволяет беспрепятственно проходить волнам из внутренней области вне зависимости от направления адвективного переноса, и передавать информацию извне по отношению к рассматриваемой области. Для этого была реализована процедура одностороннего нестинга с моделью Мирового океана, имеющей более низкое горизонтальное разрешение и упрощённую модель льда, предоставляющей модели СЛО информацию о температуре, солёности и скоростях течений.

Модельная конфигурация была применена в двух экспериментах. В первом использовался периодический атмосферный форсинг, задающий «нормальный» год по протоколу CORE-I. Данный эксперимент служил для тестирования и настройки модельной конфигурации и для исследования внутригодовой изменчивости состояния вод и льда в СЛО [Кальницкий 2020]. Модель адекватным образом воспроизвела сезонный ход основных характеристик циркуляции вод. Количественные оценки изменений согласуются с данными наблюдений.

Для исследования межгодовой изменчивости был проведён эксперимент с использованием атмосферного форсинга ERA-5 за 2004-2020 гг. Основной акцент в нём был сделан на изучении изменчивости распространения атлантических вод (АВ) в СЛО:

1. Зафиксировано увеличение температуры слоя АВ, отмечен сдвиг границы АВ на восток.

2. Обнаружено, что граница распространения АВ не демонстрирует значимый сезонный ход, однако для температуры ядра АВ характерен сезонный год, с уменьшением амплитуды вдоль распространения, а также фазовый сдвиг. Наблюдается рост амплитуды сезонного хода со временем, увеличение средней интенсивности тепловых потоков от слоя АВ к поверхности. Оценена величина фазовой скорости распространения АВ, причём это значение остаётся постоянным во времени.

3. Отмечено, что для периода 2018-2020 гг. характерно ослабление циклонической циркуляции в Евразийском бассейне и распространение АВ за хребет Ломоносова, что коррелирует с ослаблением интенсивности антициклонического круговорота Бофорта.

Публикации

Кальницкий Л.Ю., Кауркин М.Н., Ушаков К.В., Ибраев Р.А. Сезонная изменчивость циркуляции вод и морского льда в Северном Ледовитом океане в модели высокого разрешения // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2020. Т. 56, №5, С. 598-610. DOI: 10.31857/S0002351520050065 (ссылка)