Сезонная и межгодовая изменчивость потоков тепла на границе океан-атмосфера в северной части Атлантического океана и Северо-Европейском бассейне Северного Ледовитого океана
Актуальность работы 4
Цель работы 4
Задачи работы 4
Глава I. Физико-географическое описание региона 6
Глава II. Материалы и методы 8
ICOADS 8
ERA-Interim и ERA5 9
OAFlux 9
ARMOR-3D 10
Методы обработки данных 11
Ссылки на источники данных: 12
Глава III. Сравнение потоков тепла на границе океан-атмосфера по различным базам
данных 13
Временной ход 14
Сезонная изменчивость 19
Межгодовая изменчивость 26
Глава IV. Межгодовая изменчивость океанических и атмосферных потоков тепла в
акваториях Северо-Европейского бассейна СЛО 31
Межгодовая изменчивость 32
Выводы 36
Благодарности 38
Список литературы 39
Приложения 41
Приложения 41
Средняя циркуляция океана и атмосферы генерируются единым источником энергии - солнечным излучением - и представляют собой компоненты единого механизма, в котором происходит трансформация тепловой энергии Солнца в другие виды энергии. Тепловое и динамическое взаимодействие, обмен влагой являются основными процессами во взаимодействии океана и атмосферы. В накоплении тепла и формировании градиентов атмосферного давления океан играет ведущую роль, так как способен аккумулировать большие запасы тепла, а атмосфера более активна в динамическом смысле - в силу большей подвижности среды и больших значений кинетической энергии.
В данной работе будут рассматриваться вертикальные потоки тепла (скрытого и явного) на границе океан-атмосфера. Поток скрытого тепла связан с испарением воды с поверхности океана. Поток явного тепла обусловлен контактным турбулентным теплообменом. Потоки атмосферного тепла в северной части Атлантики и Северном Ледовитом океане (СЛО) в среднем за год направлены из океана в атмосферу. Этот отток тепла в атмосферу компенсируется притоком океанического тепла с течениями из субтропиков и локальным радиационным балансом акваторий. Эти вопросы тоже были рассмотрены в работе.
Цель работы: выявить характер сезонной и межгодовой изменчивости атмосферных потоков тепла в северной части Атлантического океана и Северо-Европейского бассейна СЛО по нескольким базам данных, и определить их роль в изменчивости теплосодержания верхнего слоя океана.
Задачи работы:
1. Определить особенности сезонной изменчивости скрытых и явных потоков тепла в районах исследований по нескольким базам реанализов и натурных измерений;
2. Определить особенности межгодовой изменчивости скрытых и явных потоков тепла в районах исследований по нескольким базам реанализов и натурных измерений;
3. Оценить роль вертикальных потоков тепла в изменчивости теплосодержания верхнего слоя восточной части Северо-Европейского бассейна СЛО.
В данной работе была проанализирована сезонная изменчивость потоков тепла на границе океан-атмосфера в северной Атлантике по данным реанализов (OAFlux и ERA- Interim) в сравнении с натурными измерениями (база данных ICOADS). Сравнение величин потоков явного и скрытого тепла показало, что обе модели реанализа, в целом, правильно отражают сезонный ход во всех областях района исследований. Все модели показывают увеличение потоков из океана в атмосферу в зимний период года, как явного, так и скрытого. Это связано с уменьшением поступления солнечной энергии в Северном полушарии в зимний сезон, и более быстрым выхолаживанием атмосферы, чем океаном, обладающим большей теплоёмкостью. Это ведет к увеличению разности температур океан- атмосфера, которое, вкупе с уменьшением влажности воздуха и увеличением скорости ветра, приводит к росту теплообмена океана и атмосферы.
Обе модели реанализа OAFlux и ERA-Interim практически идентично описывают сезонный ход во всех исследуемых районах. При этом, оба реанализа существенно завышают значения скрытых потоков тепла в зимний период и несколько занижают значения явных потоков тепла (особенно в летний период). В исследуемых районах OAFlux несколько лучше, чем ERA-Interim воспроизводит характер и амплитуду сезонного хода как потока явного, так и скрытого тепла, выявленную по данными наблюдений. OAFlux в дальнейшем использовался как основной массив для оценки потоков тепла на границе океан-атмосфера.
При анализе межгодовой изменчивости было выявлено, что межгодовая изменчивость явных потоков тепла несколько выше, чем скрытых потоков тепла. В натурных и модельных данных, в скрытых и явных потоках тепла были выделены цикличности 2-3 года, 4-5-лет и более 8 лет. При этом, модель реанализа OAFlux неплохо воспроизводила выявленные на основе натурных наблюдений цикличности в Норвежском море, но не в море Лабрадор. Дальнейший анализ межгодовой изменчивости потоков тепла проводились только для Северо-Европейского бассейна СЛО.
В двух областях Северо-Европейского бассейна СЛО (рис. 4.1) был проведен анализ сравнительной роли интегрального по области теплообмена океана и атмосферы, поступления тепла с радиационным балансом, а также адвекции тепла течениями в верхнем 500-м слое океана. Глубина слоя соответствует средней мощности слоя теплых атлантических вод в регионе.
Результаты показали, что в области 1 (Лофотенский бассейн Норвежского моря) и в области 2 (к юго-западу от о. Шпицберген) теплообмен с атмосферой представляет собой
Аккумулированная дивергенция потоков тепла в области 1 менялась значительно сильнее, чем теплосодержание. В районе 2 наблюдались отрицательные тенденции аккумулированной дивергенции потоков тепла при положительных тенденциях теплосодержания. Это говорит о том, что были учтены не все существенные факторы баланса тепла в каждом из регионов. В частности, необходимо учесть не только адвективный, но и турбулентный теплообмен между районом 1 и 2, через хребты, ограничивающие бассейны, а также вертикальную диффузию тепла вглубь океана.
