ИСТИНА

Проект направлен на решение нескольких важных задач, каждая из которых носит фундаментальный характер. 1) Дальнейшее развитие глобальной сигам-модели общей циркуляции океана (МОЦО) Института вычислительной математики (ИВМ) РАН с целью явного описания океанских вихрей и их взаимодействия с крупномасштабными явлениями, что подразумевает переход на пространственное разрешение порядка 0.125 град. Это будет сделано на основе (а) использования криволинейной системы координат для устранения особенности обычной географической системы в окрестности северного полюса; (б) включения как можно большего перечня моделируемых напрямую или параметризованных физических процессов, ответственных за формирование циркуляции океана; (в) реализации модели на современных многопроцессорных вычислительных комплексахю Проведение с МОЦО экспериментов по расчету циркуляции Мирового для изучения особенностей ее формирования. 2) На основе необходимой подготовки использование МОЦО в качестве океанического блока в модели климатической системы, развиваемой ИВМ РАН, а также в совместной модели долгосрочного прогноза Гидрометцентра РФ. 3) Обработка экспериментов с моделью климатической системы INMCM4 ИВМ РАН, проведенных по сценариям международной программы сравнения климатических моделей CMIP5, с целью изучения роли океана в формировании изменений и изменчивости климата Земли. 4) На основе региональных версий модели циркуляции океана высокого пространственного разрешения (Северная Атлантика, Черное и Японские моря и др.) исследования региональных особенностей циркуляции Мирового океана, а также выработки параметризаций процессов мезомасштабной изменчивости для крупномасштабной МОЦО. Следует особо подчеркнуть необходимость развития отечественных моделей, поскольку это является необходимым условием обеспечения независимой экспертизы формирования климатических изменений и изменчивости циркуляции Мирового океана как в глобальном, так и на региональном масштабах, что, в свою очередь, является необходимым условием национальной безопасности России.

Основным инструментарием настоящих исследований служит обновленная версия сигма-модели общей циркуляции океана Института вычислительной математики (ИВМ) РАН, получившая в международной практике название INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model). В ходе выполнения проекта разработана и реализована обновленная глобальная версия INMOM со смещёнными полюсами с разрешением 1°х0.5° по долготе и широте и 40 неравномерно расположенными по глубине сигма-уровнями. С помощью этой модели проведены расчеты климатической изменчивости циркуляции Мирового океана с атмосферным воздействием, рассчитанным по данным CORE (Datasets for Common Ocean-ice Reference Experiments). Для участия во второй фазе этого международного проекта CORE II, согласно требуемому сценарию, проведено 5 циклов расчёта, каждый из которых соответствует 60-летнему периоду с 1948 по 2007 гг. Показано существенное уменьшение к 2007 г. площади морского льда в Северном Ледовитом океане, согласующееся с данными наблюдений. Выявлена междекадная климатическая изменчивость с заметным падением с конца 1990-х гг. интенсивности Атлантической термохалинной циркуляции (АТХЦ) и меридионального переноса тепла (МПТ) в Северной Атлантике (СА). МПТ показывает уменьшение поступления тепла из СА в атмосферу начиная с середины 1990-х гг. Таким образом, обнаружена отрицательная обратная связь в климатической системе Земли, направленная на уменьшение потепления климата, вызванного в последние десятилетия, в основном, антропогенным фактором. Выявлена также долгопериодная – около 60 лет – изменчивость АТХЦ, которая с задержкой около 10 лет влияет на термическое состояние поверхности СА. Обосновывается предположение, что этот механизм может делать вклад в формирование собственной долгопериодной изменчивости АТХЦ. Результаты проведённых расчётов предоставлены в международную группу, ответственную за мультимодельный анализ и подготовку ряда публикаций, которые готовятся по результатам проекта CORE-II в институте GFDL(Geophysical Fluid Dynamics Laboratory) в Принстоне. Таким образом, обеспечивается представительство от России в этом важном исследовании. На данный момент опубликована работа "Северная Атлантика: среднее состояние" и поданы в печать работы "Северная Атлантика: межгодовая изменчивость" и "Южный океан". Вышеописанная глобальной версия INMOM используется в качестве океанического блока модели модели климатической системы INMCM4 (Institute of Numerical Mathematics Climate Model, version 4). По результатам экспериментов с INMCM4, проведенных в рамках программы CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project, Phase 3), результаты которых представлены в 5-м отчете IPCC (2013 г.) изучены изменения климата в 19-21 веках. Рассматривается уменьшение площади морского льда, изменение потоков меридионального тепла и меридиональной циркуляции в океане при глобальном потеплении, а также некоторые аспекты естественной изменчивости климата в модели. Разработана и реализована на многопроцессорных вычислительных системах глобальная версия INMOM с высоким пространственным разрешением 1/6°х1/8° по долготе и широте и 40 неравномерно расположенными по глубине сигма-уровнями. Эта модель подготовлена для новой версии климатической модели ИВМ РАН с разрешением в атмосферном блоке 1.25°х1° по долготе и широте и 128 уровнями по вертикали от поверхности Земли до высоты около 60 км, разработанной в рамках проекта РФФИ 12-05-00556-а. В рамках экспериментов с совместной моделью проведено исследование собственной синоптической изменчивости циркуляции океана. Воспроизводится собственная динамика струйных течений, таких как Гольфстрим и Куросио: меандрирование, образование, отрыв и смещение рингов, параметры которых близки к натурным. С помощью модели INMOM реализованной для Японского моря (ЯМ), выполнено воспроизведение отклика циркуляции ЯМ в период 1958-2006 гг. на реалистичное атмосферное воздействие, рассчитанное по данным СОRE. По результатам численного моделирования проведено изучение особенностей межгодовой изменчивости циркуляции в промежуточном и глубинном слоях центральной части ЯМ. Для этого выполнены расчеты пространственно-временного распределения относительной завихренности. Рассчитаны частотные спектры ее изменчивости на горизонтах 500, 800 м и средней по слою между указанными горизонтами. Спектры имеют квазидискретную структуру с максимумами, расположенными в окрестности периодов 4-5 лет, 7 и 10 лет. Установлено совпадение между соответствующими этим периодам частотами и ранее выявленными частотами межгодовой изменчивости натурного поля температуры в промежуточном слое Японского моря во второй половине ХХ века.