Моделирование циркуляции вод Мирового океана

Циркуляция Мирового океана – один из ключевых механизмов, обеспечивающих функционирование климатической системы Земли. Океан переносит тепло между широтами и частями света, аккумулирует или отражает радиационный форсинг, модулирует атмосферную циркуляцию. От картины течений зависит ледовая обстановка и биологическая продуктивность огромных акваторий, погода в прибрежных странах и многолетние климатические сдвиги в масштабах континентов. Эта труднопредсказуемая система со множеством прямых и обратных связей, определяющих механизмы передачи энергии по пространству и по масштабам, трансформацию водных масс, накопление и сброс аномалий, климатические тренды и колебания, представляет собой объект для фундаментальных исследований и жизненно важных технологий практического прогноза.

Для исследования глобальных океанских процессов требуется глобальная модель. Вместе с тем, на текущем уровне понимания океана уже невозможно пренебрегать локальными процессами, прежде всего мезомасштабными вихрями и пульсациями, т.к. они определяют условия среды, в которой развивается фоновая крупномасштабная циркуляция. Поэтому современным методом исследований является глобальный вихреразрешающий численный эксперимент.

С помощью модельной конфигурации ИВМИО-global01 проводятся вихреразрешающие численные исследования циркуляции вод Мирового океана. Полученные результаты отражают многообразие динамических структур Мирового океана, включая особенности экваториальной зоны (апвеллинг, захваченные волны), полярные фронты, Антарктическое циркумполярное течение, меандрирование пограничных течений (Гольфстрим, Куросио, течение мыса Игольного и др.), вихреобразование.

Одним из ключевых объектов исследования является меридиональный перенос тепла (МПТ) – характеристика, имеющая определяющее значение для климата Земли, но трудно поддающаяся натурным наблюдениям. Получены распределения вихревой составляющей МПТ в Мировом океане и его отдельных бассейнах (Ushakov and Ibrayev, 2018a). Показано, что сильные течения при взаимодействии с рельефом могут формировать два типа структур вихревого переноса – струйные и ринговые. В таких условиях результирующий вихревой перенос может иметь квазипостоянную ориентацию, не совпадающую с направлением основного течения. Более того, получено, что вихри могут переносить тепло от холодных вод к тёплым, создавая эффект отрицательной теплопроводности. Это явление обнаруживается моделью, в частности, в восточной экваториальной области Тихого океана, где на сдвигах между течениями и противотечениями формируются волны тропической неустойчивости (Ushakov and Ibrayev, 2018b). Их интенсивность, в свою очередь, играет роль в формировании фаз Эль-Ниньо – Южного колебания.

Ссылки в подрисуночных подписях:

Ushakov and Ibrayev, 2018a

Ushakov and Ibrayev, 2018b

Jayne & Marotzke, 2002

Bryden & Brady, 1989

Ибраев и др., 2012

Ушаков, Ибраев, 2019

Хабеев, 2013