CC BY
29
Ключевые слова:
арктические моря, экстремальный шторм, течения, морской лед, уровень моря, ветровое волнение.
УДК 551.465
Система диагноза и прогноза термогидродинамических характеристик и ветрового волнения в западных морях российской Арктики и расчет параметров экстремального шторма 1975 г. в Баренцевом море с учетом ледовых условий
НА Дианский123*, И.М. Кабатченко1, В.В. Фомин1, И.И. Панасенкова1, М.В. Резников1
1 Государственный океанографический институт им. Н.Н. Зубова, Российская Федерация, 119034, г. Москва, Кропоткинский пер., д. 6
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Российская Федерация, 119991, г. Москва, ул. Ленинские Горы, д. 1
3 Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН, Российская Федерация, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 8
* E-mail: [email protected]
Тезисы. Приводится описание системы оперативного диагноза и прогноза (СОДиП) гидрометеоха-рактеристик для западных морей российской Арктики (Баренцева, Белого, Печорского и Карского). Система включает в себя расчеты атмосферного воздействия по модели WRF, течений, уровня, температуры, солености моря и морского льда по модели INMOM и расчет параметров ветрового волнения по Российской атмосферно-волновой модели. Новая версия системы является модернизацией СОДиП для Карского и Печорского морей в целях улучшения ее пространственного разрешения и включения в нее Баренцева и Белого морей. Результаты расчетов модифицированной системы в ретроспективном режиме показали достаточные для практического применения точность и быстродействие. Представленная технология позволяет проводить как ретроспективные расчеты, так и оперативный прогноз гидрометеоусловий в исследуемой акватории с заблаговременностью 3...5 сут. С помощью данной системы воспроизведены гидрометеохарактеристики в период наиболее сильного за последние полвека шторма начала января 1975 г. Представленная система рекомендована Центральной методической комиссией по гидрометеорологическим и гелиогеофизическим прогнозам Росгидромета РФ к оперативному использованию в Государственном океанографическом институте им. Н.Н. Зубова.
Исследование арктических морей России - задача государственной важности. Оно необходимо для обеспечения эффективного и экологически бережного хозяйственного освоения северных территорий, включая добычу и транспортировку углеводородов. Для комплексного освоения Арктического региона требуется усовершенствовать описание сложных процессов в атмосфере, морской среде, пограничных слоях и их взаимодействий с учетом дрейфа, образования и таяния льда, что крайне важно для повышения точности и достоверности используемых гидрометеохарак-теристик. Последнее невозможно без привлечения современных методов численного моделирования полей гидрометеорологических параметров в арктических акваториях. Современные численные модели, которые прошли апробацию и верификацию, позволяют рассчитывать гидрометеорологические характеристики в том числе в труднодоступных и малоизученных регионах Арктики.
В России в настоящее время активно ведутся работы по созданию систем прогноза гидрометеорологических характеристик. Так, модель С08М0-т успешно используется в Гидрометцентре России для прогноза метеорологических параметров над всей территорией страны, включая ее окраинные моря [1, 2]. Здесь же разработана и внедрена в опытную эксплуатацию система прогноза колебаний уровня Баренцева и Белого морей [3, 4], где значительные колебания уровня моря вызваны как приливным, так и ветровым факторами.
В Арктическом и антарктическом научно-исследовательском институте создана система прогноза уровня моря и скоростей течений для Северного Ледовитого океана и арктических морей [5], а совместно с Гидрометцентром России - система прогноза ветрового волнения [6, 7].
В настоящей работе представлена система оперативного диагноза и прогноза (СОДиП) гидрометеорологических характеристик западно-арктических морей РФ, реализованная в Государственном океанографическом институте им. Н.Н. Зубова (далее - ФГБУ «ГОИН»). СОДиП является развитием системы, разработанной ранее [8]. Ее отличительная особенность - комплексный подход к решению задачи прогноза гидрометеохарактеристик. Использование в системе региональных моделей атмосферы и морской гидротермодинамики ветрового волнения, динамики и термодинамики льда позволяет получать более полный набор гидрометеорологических характеристик, в то время как указанные выше системы зачастую ограничены возможностью предоставления расчетных характеристик по какой-либо одной модели. Модернизация СОДиП по сравнению с базовой версией [8] направлена на увеличение расчетной области, пространственного разрешения моделей и расширение списка
расчетных характеристик. Примеры использования СОДиП в полном объеме или ее отдельных компонентов опубликованы ранее [9-13].
Описание СОДиП гидрометеорологических полей для западных морей российской Арктики
По сравнению с системой предыдущего поколения [8] базовая структура СОДиП осталась практически без изменений. Она предполагает согласованную работу моделей атмосферы, морской гидротермодинамики, морского льда и ветрового волнения. Для расчета метеорологических характеристик используется региональная атмосферная модель WRF (англ. Weather Research and Forecasting) [14]. В настоящей версии ее пространственное разрешение составило, как и ранее [8], 15 км, однако область моделирования была расширена для охвата акваторий Баренцева и Белого морей (рис. 1). В качестве исходных данных о подстилающей поверхности используются данные MODIS (англ. Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) с пространственным разрешением 30". Входными полями в модели WRF при проведении диагностических и ретроспективных расчетов служат данные либо массивов CFSR 1 [15] и CFSR 2 [16] (англ. Climate Forecast System Reanalysis), либо Era-Interim [17].
Рис. 1. Расчетные области моделей WRF, РАВМ и ШМОМ для западных морей российской Арктики
Для периодов ранее 1979 г. в СОДиП применяются данные NCEP/NCAR (англ. National Centers for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research) [18]. При проведении прогностических расчетов используются поля объективного анализа и прогноза GFS (англ. Global Forecasting System) с пространственным разрешением 0,5x0,5° и временной дискретностью 6 ч.
Основу вычислительного комплекса расчета гидротермодинамических характеристик, включая поля течений, уровня, температуры и солености воды, толщины и сплоченности морского льда, скорости его дрейфа, составляет российская модель океанической и морской циркуляции - INMOM (англ. Institute of Numerical Mathematics Ocean Model) [19], разработанная в Институте вычислительной математики им. Г.И. Марчука. В отличие от более ранней версии [8], пространственное разрешение модели увеличено с 4 до 2,7 км, расчетная область модели расширена в западном направлении и в настоящей реализации включает акватории Белого, Баренцева, Печорского и Карского (с учетом Обской губы) морей (см. рис. 1). Количество вертикальных уровней выбрано равным 20. Источники исходных данных те же, что и ранее [8]. В INMOM встроена модель расчета динамики и термодинамики морского льда [20], и реализовано усвоение спутниковой поверхностной температуры с использованием процедуры «наджин-га». В качестве данных для усвоения применяются данные GHRSST (англ. the Group for High Resolution Sea Surface Temperature) с пространственным разрешением 0,03° по долготе и широте.
Для расчета характеристик ветрового волнения используется Российская атмосферно-волновая модель (РАВМ) [21]. Сеточная область модели РАВМ, в отличие от предыдущей версии [8], также расширена аналогично сеточной области модели WRF. Вблизи берегов волнение, рассчитанное в приближении глубокой воды, при необходимости может быть пересчитано для условий мелководья с более высоким пространственным разрешением. Для учета кромки льда в модели используются данные OISST V2 (англ. NOAA Optimum Interpolation (OI) Sea Surface Temperature (SST) V2) и данные о сплоченности льда для Арктического региона, предоставляемые на сайте marine.copernicus.eu.
Модификация СОДиП связана не только с изменениями в реализации численных моделей и их адаптацией к значительно большей области. Также изменилась и технология расчета в про-гно стическом режиме. Расчет метеорологических параметров, морской циркуляции и параметров волнения происходит один раз в сутки на трое суток вперед с дискретностью всей выходной информации в 1 ч. Также ежедневно проводится расчет по всем используемым моделям за предыдущий день, необходимый для восстановления характеристик гидрометеорологического режима («контрольных точек») для следующего срока прогноза. Вычислительный комплекс СОДиП позволяет получить практически полный список гидрометеохарактеристик, необходимых при проектировании гидротехнических сооружений, планировании хозяйственной деятельности, транспортировке грузов и др.
Верификация отдельных компонентов системы проводилась как в диагностическом, так и в прогностическом вариантах расчетов. Верификация моделей атмосферной и морской циркуляции осуществлялась с использованием данных прибрежных метеостанций и данных морских измерений, выполненных в ФГБУ «ГОИН» [22]. Ранее опубликовано сравнение траекторий дрейфа льда с данными буев, дрейфующих на льду в Баренцевом море около Шпицбергена [10]. Верификация модели волнения проводилась по данным натурных измерений, выполненных ФГБУ «ГОИН» в Карском море [8].
Представленные в различных публикациях результаты верификации СОДиП свидетельствуют, что все используемые модели с достаточной степенью точности воспроизводят пространственно-временную изменчивость гидрометеохарактеристик. Хорошо воспроизводятся как синоптическая изменчивость, так и экстремальные значения гидрометеорологических характеристик.
Расчет параметров экстремального шторма 1975 г. в Баренцевом море с учетом ледовых условий
Основную опасность для судовождения и гидротехнических сооружений представляют большие ветровые волны. В отличие от других морей Арктического бассейна центральные и западные акватории Баренцева моря не замерзают - ветровое волнение здесь наблюдается в любое время года. Поскольку Баренцево море
имеет открытую границу с Норвежским морем и Атлантическим океаном, на его акваторию свободно проникают как океанская зыбь, так и штормовое волнение. Наибольшие волны, приходящие из Норвежского моря, имеют северозападное и западное направления, тогда как в самом море «экстремальное» волнение генерируется юго-восточными ветрами. В то же время акватория Баренцева моря подвержена воздействию интенсивных полярных циклонов [1]. Подводя итог, можно констатировать, что с точки зрения ветроволновых условий Баренцево море наименее благоприятное из всех арктических морей России. Штормовые ветра также приводят к интенсивным приповерхностным течениям и экстремальным сгонно-нагонным колебаниям уровня моря.
Согласно базе данных штормов Баренцева моря ФГБУ «ГОИН», шторм 1-4 января 1975 г. стал для центральной и восточной частей Баренцева моря наиболее сильным за предшествующие 25 лет начиная с 1950-х гг.
К сожалению, агрегирование информации осуществлялось из разных источников и не может претендовать на полноту (с 2004 г. в базе данных учтены только штормы, случившиеся во второй половине года).
Воспроизведение прохождения интенсивного атмосферного циклона над акваторией Баренцева моря. Генерация столь больших волн в шторме 1975 г. вызвана его довольно большой продолжительностью и интенсивностью при очень низком давлении в центре циклона. Шторм длился более 5 сут, в то время как средняя продолжительность штормовой ситуации над акваторией Баренцева моря составляет около 2 сут. Это связано с тем, что шторм был вызван обширным малоподвижным циклоном, смещающимся со стороны Северной Атлантики в Баренцево море, который на востоке был блокирован антициклоном. На рис. 2 показано развитие исследуемого шторма, приведены карты давления и приповерхностного ветра на акватории Баренцева моря, согласно
щ_ направление и скорость приповерхностного ветра на высоте 10 м (малое перо -2,5 м/с; большое перо - 5 м/с)
- сплоченность льда, равная 1 %
Рис. 2. Синоптическая ситуация в Баренцевом море 03.01.1975: по результатам расчета с использованием СОДиП (а - на 03:00; б - 11:00; в - 19:00) и по архивным данным ГОИН на 00:00 (г)
73°И 72°И 71°И 70°И 69°И 68°И
75°И 74°И 73°И 72°И 71°И 70°И 69°И 68°И
тщ>
ч
ч ч
22°Е 25°Е 28°Е 31°Е 34°Е 37°Е 40°Е 43°Е 46°Е 49°Е 52°Е
22°Е 25°Е 28°Е 31°Е 34°Е 37°Е 40°Е 43°Е 46°Е 49°Е 52°Е б
Р'0 1 7
?'5 I 6
I 5
4,5
Л- 4
3,0 2 1
1,5
0
22°Е 25°Е 28°Е 31°Е 34°Е 37°Е 40°Е 43°Е 46°Е 49°Е 52°Е ^ 5 д д
в г
Рис. 3. Поле средних высот волн на акватории Баренцева моря 03.01.1975 (а - на 00:00; б - на 06:00; в - на 12:00) и временной ход средней высоты волны
в точке 73° с.ш. и 45° в.д. (г)
3
которым этот шторм достиг наибольшей интенсивности 03.01.1975 приблизительно в 11:00'.
Представленные карты (см. рис. 2) давления показывают, что в передней части циклона в зоне теплых фронтов наблюдалось сгущение изобар, вызванное блокированием циклона антициклоном над Северным Уралом. Практически все море оказалось охвачено ветрами со скоростью свыше 20 м/с. В шторме наблюдалась конвергенция волновой энергии в центральной части моря. Южные и центральные зоны моря оказались в зоне действия южных ветров. Ветер над западной частью моря и входящее океанское волнение имели западное направление. Для сравнения на рис. 2 также приведена синоптическая ситуация в Баренцевом море 03.01.1975 на 00:00 (по архивным данным ФГБУ «ГОИН»), которая довольно хорошо согласуется с результатами расчета по модели ЖЯЕ Несмотря на ограниченные возможности, имеющиеся в то время, картина шторма отражена довольно хорошо даже без помощи современных средств численного моделирования.
Здесь и далее время приведено в формате ОМТ+3.
Исследование ветро-волнового и гидродинамического откликов на прохождение шторма 1975 г. Проанализируем значения средних высот волн, рассчитанных по модели РАВМ, в период прохождения шторма. На рис. 3 приведены поля средних высот волн в Баренцевом море 03.01.1975, а также временной ход средней высоты волнения в точке с координатами 45° в.д. и 73° с.ш., соответствующей положению Штокмановского месторождения. Видно, что наибольшие высоты волн наблюдались на северо-востоке моря. При развитии шторма происходило постепенное смещение ядра с максимальными значениями высот волн в сторону Новой Земли. Такая структура поля высот связана с преобладающими южным и западным направлениями волнения, при которых также наблюдаются наибольшие разгоны. Временной ход средней высоты волны в районе Штокмановского месторождения показывает, что с 12:00 31.12.1974 прослеживается постепенный рост высоты волны и ее максимум достигается в 06:00 03.06.1975. Максимальная высота волны составила 7,8 м.
Прохождение шторма для центральной и восточной частей Баренцева моря значитель-
ё ? <3 § § § §
Рис. 4. Полные приповерхностные скорости течений (а - на 11:00 03.01.1975; б - на 01:00 04.01.1975) по результатам расчета по модели ШМОМ и приливные скорости течений на 11:00 03.01.1975 (в)
но проявляется в изменении приповерхностных скоростей течений (рис. 4). Результаты расчетов показывают, что в поле скорости течений в рассматриваемый период преобладает дрейфовая компонента, что особенно заметно при сравнении полной скорости течений и ее приливной компоненты на момент времени 11:00 03.01.1975 (см. рис. 4в). В поле приливных скоростей течений наибольшие скорости наблюдаются в южной части Баренцева моря, а также в Белом море. В центральной части Баренцева моря и в прибрежной зоне Новой Земли скорости приливных течений значительно уступают по величине дрейфовым, вызванным действием южного и юго-восточного ветров.
3 января 1975 г. в 11:00 на входе в Белое море и вдоль прибрежной зоны Кольского п-ова происходит усиление приливной компоненты скорости течений, так как направления приливных скоростей течений и дрейфовых скоростей течений почти совпадают. В центральной и восточной частях Баренцева моря в период прохождения шторма структура течений практически полностью определяется дрейфовой компонентой. Развитие отклика на штормовую ситуацию в структуре течений показывает, что уже 3 января 1975 г. скорости течений в центральной и восточной частях Баренцева моря затухают. В то же время в прибрежной зоне Новой Земли наблюдается интенсификация ветви Новоземельского течения, вызванная прохождением шторма. Также необходимо отметить, что в период прохождения
экстремальных штормов наблюдается резкое изменение расположения рассчитанной кромки ледового поля, что связано с высокой скоростью ветра, при которой идет быстрое увеличение скорости дрейфа льда. При этом именно в рамках данной штормовой ситуации создается благоприятная ситуация, когда происходят очищение ото льда акватории в районе Штокмановского месторождения и удаление
от него кромки ледового поля.
***
Результаты расчетов модифицированной системы СОДиП в ретроспективном режиме показали достаточные для практического применения точность и быстродействие.
Анализ гидрометеорологических характеристик в период прохождения экстремального шторма в 1975 г. показал, что экстремальные значения высоты волн реализуются в районе Штокмановского газоконденсатного месторождения при преобладающих южном и западном распространениях волнения.
В восточной части Баренцева моря в период прохождения экстремального шторма скорости течений практически полностью определяются их дрейфовыми компонентами. В то же время в южной части Баренцева моря, на входе в Белое море и в районе Кольского п-ова направления дрейфовых и приливных скоростей течений совпадают и, таким образом, существенно увеличивается полная скорость течений. Также в период экстремальных ситуаций
наблюдается интенсивный дрейф льда, и ледовая кромка претерпевает существенные изменения даже за короткие, менее суток, интервалы времени.
Представленная система СОДиП одобрена к использованию решением Центральной
методической комиссии от 29.12.2016 в ФГБУ «ГОИН».
Работа выполнена при поддержке проекта РФФИ-Арктика № 18-05-60111.
Список литературы
1. Никитин М.А. Использование прогностической системы СОБМО-Яи для исследования свойств полярных циклонов: эпизод
25-27 марта 2014 года / М.А. Никитин, Г. С. Ривин, И. А. Розинкина и др. // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации. - 2016. - № 361. - С. 128-145.
2. Никитин М.А. Идентификация полярных циклонов над акваторией Карского моря с помощью гидродинамического моделирования / М.А. Никитин, Г.С. Ривин, И. А. Розинкина и др. // Вести газовой науки: Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа. -
М.: Газпром ВНИГАЗ, 2015. - № 2 (22). -С. 106-112.
3. Попов С.К. Прилив в оперативной модели краткосрочного прогноза скорости течений и уровня моря в Баренцевом и Белом морях / С.К. Попов, А. Л. Лобов, В.В. Елисов и др. // Метеорология и гидрология. - 2013. - № 6. -С. 68-82.
4. Попов С.К. Численное моделирование скоростей течений и уровня моря России / С.К. Попов // Труды ГОИН. - 2014. -Вып. 215. - С. 40-52.
5. Лавренов И.В. Математическое моделирование ветрового волнения в пространственно-неоднородном океане / И.В. Лавренов. -СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. - 499 с.
6. Давидан И.Н. Модифицированная версия спектрально-параметрической модели ветрового волнения и результаты
ее верификации / И.Н. Давидан, Г.И. Давидан, В.И. Дымов и др. // Известия Русского географического общества. - 2010. - Т. 142. -№ 2. - С. 31-39.
7. Ашик И.М. Численные прогнозы и расчеты параметров гидрологического режима Северного Ледовитого океана и арктических морей / И.М. Ашик, В.И. Дымов, М.Ю. Кулаков и др. // Тезисы доклада на 2-й Международной Арктической конференции «Нева-2009». -СПб., 2009. - С. 14-16.
8. Дианский Н.А. Воспроизведение циркуляции Карского и Печорского морей с помощью системы оперативного диагноза и прогноза морской динамики / Н.А. Дианский,
B.В. Фомин, И.М. Кабатченко и др. // Арктика: экология и экономика. - 2014. - № 1 (13). -
C. 57-73.
9. Дианский Н.А. Ретроспективные расчеты циркуляции и ледяного покрова Охотского моря на основе современных технологий численного моделирования / Н. А. Дианский, В.В. Фомин, М.М. Чумаков и др. // Вести газовой науки: Современные подходы
и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа. - М.: Газпром ВНИГАЗ, 2017. - № 4 (32). - С. 82-93.
10. Марченко А.В. Исследование дрейфа льда
и эволюции консолидированного слоя торосов в северо-западном регионе Баренцева моря / А.В. Марченко, Н.А. Дианский, Д.А. Онищенко и др. //Труды Гидрометцентра России. - 2016. -№ 361. - С. 231-260.
11. Marchenko A.V. Consolidation of drifting ice rubble in the north-west Barents sea /
A.V. Marchenko, N.A. Diansky, V.V. Fomin
et al. // Proc. 23 IAHR International Symposium on Ice. - Michigan USA, 2016.
12. Дианский Н.А. Моделирование траектории айсберга в Баренцевом море по данным попутных судовых наблюдений /
Н.А. Дианский, А.В. Марченко,
И. И. Панасенкова и др. // Метеорология
и гидрология. - 2018. - № 5. - С. 54-67.
13. Дианский Н. А. Моделирование гидрометеорологических характеристик в Карском и Печорском морях и расчет наносов у западного побережья полуострова Ямал / Н.А. Дианский, И.М. Кабатченко,
B. В. Фомин и др. // Вести газовой науки: Современные подходы и перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского шельфа. -
М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2015. - № 2. -
C. 98-105.
14. Skamarock W. C. A description of the advanced research WRF Version 3 / W.C. Skamarock, J.B. Klemp, J. Dudhia et al. // NCAR Technical Notes, 2008.
15. Saha S. NCEP Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) selected hourly time-series products, January 1979 to December 2010 /
S. Saha, S. Moorthi, H. Pan et al. // Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory. - National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/ U.S. Department of Commerce, 2010.
16. Saha S. NCEP Climate Forecast System Version 2 (CFSv2) 6-hourly products / S. Saha, S. Moorthi, X. Wu et al. // Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory. - National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/ U.S. Department of Commerce, 2011.
17. Dee D.P. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D.P. Dee, S.M. Uppala, A.J. Simmons et al. // Q.J. Royal Meteorol. Soc. -2011. - № 137. - C. 553-597.
18. NCEP/NCAR Global Reanalysis Products, 1948-continuing // Research Data Archive
at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory. - National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/ U.S. Department of Commerce, 1994. -http://rda.ucar.edu/datasets/ds090.0Z.
19. Дианский Н.А. Моделирование циркуляции океана и исследование его реакции
на короткопериодные и долгопериодные атмосферные воздействия / Н.А. Дианский -М.: Физматлит, 2013. - 272 с.
20. Яковлев Н.Г. Восстановление крупномасштабного состояния вод и морского льда Северного Ледовитого океана в 19482002 гг. Ч. 1: Численная модель и среднее состояние / Н.Г. Яковлев // Известия РАН. Физика атмосферы океана. - 2009. - Т. 45. -№ 3. - С. 1-16.
21. Кабатченко И.М. Моделирование ветра и волн при вторичных термических циклонах на Черном море / И.М. Кабатченко, Г. В. Матушевский, М. В. Резников и др. // Метеорология и гидрология. - 2001. - № 5. -С. 61-71.
22. Дианский Н.А. Расчет течений арктических морей / Н. А. Дианский, В. В. Фомин,
И.М. Кабатченко и др. // Труды ГОИН. - 2014. -Вып. 215. - С. 5-25.
A marine and atmospheric research system for simulating hydrometeorological characteristics and wing waves in the western seas of Russian Arctic, and simulation of the extreme storm of 1975 in Barents Sea with ice conditions
N.A. Diansky123*, I.M Kabatchenko1, V.V. Fomin1, I.I. Panasenkova1, M.V. Reznikov1
1 Zubov State Oceanographic Institute, Bld. 6, Kropotkinskiy pereulok, Moscow, 119034, Russian Federation
2 Lomonosov Moscow State University, Bld. 1, Leninskiye Gory, Moscow, 119991, Russian Federation
3 Marchuk Institute of Numerical Mathematics of the Russian Academy of Sciences, Bld. 8, Gubkina street, Moscow, 119333, Russian Federation
* E-mail: [email protected]
Abstract. The Marine and Atmospheric Research System (MARS) for simulation of hydrometeorological characteristics of the western seas of the Russian Arctic (namely: the Barents, White, Pechora and Kara seas) is presented. It includes computation of the atmospheric forcing with the WRF (Weather Research and Forecasting) model, as well as computation of currents, sea level, temperature, salinity of sea and sea ice characteristics with the INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model) and computation of wind wave parameters using the RWWM (Russian Wind-Wave Model). A new version of the system is basically a better version of MARS for the Kara and Pechora seas with improvement of its spatial resolution and inclusion of other western seas of the Russian Arctic. The computation results of the improved system in a retrospective mode showed sufficient accuracy and high-speed applied performance. The presented technology allows carrying out both retrospective simulations and an operational forecast of hydrometeorological characteristics in the investigated water area over 3-5 days in advance. Using MARS, extreme conditions for an exceptionally violent storm, that had taken place in the beginning of January 1975, were reproduced. This storm was the strongest in the past half century. The Central Methodological Commission of Rosgidromet for hydrometeorological and geliophysical predictions recommended the aforesaid system for operative practice in SOI (The State Oceanographic Institute named after N.N. Zubov).
Keywords: Arctic seas, severe storm, ocean circulation, wind waves, MARS.
References
1. NIKITIN, M.A., G.S. RIVIN, I.A. ROZINKINA et al. Use of COSMO-Ru forecasting system for polar low's research: case study 25-27 March 2014 [Ispolzovaniye prognosticheskoy sistemy COSMO-Ru dlya issledovaniya svoystv polyarnykh tsiklonov: epizod 25-27 марта 2014 goda]. Trudy Gidrometeorologicheskogo Nauchno-issledovatelskogo Tsentra Rossiyskoy Federatsii. 2016, no. 361, pp. 128-145. ISSN 0371-7089. (Russ.).
2. NIKITIN, M.A., G.S. RIVIN, I.A. ROZINKINA et al. Identification of polar cyclones above the Kara Sea waters using hydrodynamic modelling [Identifikatsiya polyarnykh tsiklonov nad akvatoriyey Karskogo moray s pomoshchyu gidrodinamicheskogo modelirovaniya]. Vesti Gazovoy Nauki. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2015, no. 2 (22): Modern approach and promising technologies within the projects for development of oil-and-gas fields at the Russian continental shelf, pp. 106-112. ISSN 2306-8949. (Russ.).
3. POPOV, S.K., A.L. LOBOV, V.V. YELISOV et al. A tide in the operational model for short-range forecast of current velocity and sea level in the Barents and White seas [Priliv v operativnoy modeli kratkosrochnogo prognoza skorosti techeniy i urovnya moray v Barentsevom i Belom moryakh]. Meteorologiya i Gidrologiya. 2013, no. 6, pp. 68-82. ISSN 0130-2906. (Russ.).
4. POPOV, S.K. Numerical simulation of currents' velocities and sea level in Russia [Chislennoye modelirovaniye skorostey techeniy i urovnya moray Rossii]. Trudy Gosudarstvennogo Okeanograficheskogo Instituta. 2014, is. 215, pp. 40-52. ISSN 978-5-9909833-1-1. (Russ.).
5. LAVRENOV, I.V. Mathematical modelling of wind waves in a spatially heterogeneous ocean [Matematicheskoye modelirovaniye vetrovogo volneniya v prostranstvenno-neodnorodnom okeane]. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1998. (Russ.).
6. DAVIDAN, I.N., G.I. DAVIDAN, V.I. DYMOV et al. Modified version of spectral-parametric model of wind-induced waves and results of its verification [Modivitsirovannya versiya spektralno-parametricheskoy modeli vetrovogo volneniya i rezultaty yeye verifikatsii]. Izvestiya Russkogo Geograficheskogo Obshchestva. 2010, vol. 142, is. 2, pp. 31-39. ISSN 0869-6071. (Russ.).
7. ASHIK, I.M., V.I. DYMOV, M.Yu. KULAKOV et al. Numerical forecasts and calculations of hydrologic parameters for Arctic Ocean and the Arctic seas [Chislennyye prognozy i raschety parametrov gidrologicheskogo rezhima Severnogo Ledovitogo okeana i arkticheskikh morey]. In: Proc. of the 2nd International Arctic conference "Neva-2009". St. Petersburg, 2009, pp. 14-16. (Russ.).
8. DIANSKIY, N.A., V.V. FOMIN, I.M. KABATCHENKO et al. Reproduction of Kara and Pechora seas circulation using a system of real-time diagnostic and prediction of sea dynamics [Vosproizvedeniye tsirkulyatsii Karskogo i Pechorskogo morey s pomoshchyu sistemy diagnoza i prognoza morskoy dinamiki]. Arktika: Ekologiya i Ekonomika. 2014, no. 1(13), pp. 57-73. ISSN 2223-4594. (Russ.).
9. DIANSKIY, N.A., V.V. FOMIN, M.M. CHUMAKOV et al. Application of modern numerical ocean and ice models for retrospective simulations of circulation and ice cover of Okhotsk Sea [Retrospektivnyye raschety tsirkulyatsii i ledyanogo pokrova Okhotskogo moray na osnove sovremennykh tekhnologiy chislennogo modelirovaniya]. Vesti Gazovoy Nauki. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2017, no. 4(32): Modern approach and promising technologies within the projects for development of oil-and-gas fields at Russian continental shelf, pp. 82-93. ISSN 2306-8949. (Russ.).
10. MARCHENKO, A.V., N.A. DIANSKIY, D.A. ONISHCHENKO et al. Studying ice drift and evolution of a consolidated hummock layer in the north-western area of Barents Sea [Issledovaniye dreyfa lda i evolutsii konsolodirovannogo sloya torosov v severo-zapadnom regione Barentseva moray]. Trudy Gidrometeorologicheskogo Nauchno-issledovatelskogo Tsentra Rossiyskoy Federatsii. 2016, no. 361, pp. 231-260. ISSN 0371-7089. (Russ.).
11. MARCHENKO, A.V., N.A. DIANSKY, V.V. FOMIN et al. Consolidation of drifting ice rubble in the northwest Barents Sea. In: Proc. 23IAHR International Symposium on Ice. Michigan USA, 2016.
12. DIANSKIY, N.A., A.V. MARCHENKO, I.I. PANASENKOVA et al. Modelling of iceberg drift in the Barents Sea from field data [Modelirovaniye trayektorii isberga v Barentsevom more po dannym sputnikovykh nablyudenoy]. Meteorologiya i Gidrologiya. 2018, no. 5, pp. 54-67. ISSN 0130-2906. (Russ.).
13. DIANSKIY, N.A., I.M. KABATCHENKO, V.V. FOMIN et al. Simulation of the hydrometeorological characteristics for the Kara and the Pechora seas and calculation of drifts nearby the western cost of the Yamal Peninsula [Modelirovaniye gidrometeorologicheskikh kharakteristik v Karskom i Pechorskom moryakh i raschet nanosov u zapadnogo poberezya poluostrova Yamal]. Vesti Gazovoy Nauki. Moscow: Gazprom VNIIGAZ LLC, 2015, no. 2 (22): Modern approach and promising technologies within the projects for development of oil-and-gas fields at the Russian continental shelf, pp. 98-105. ISSN 2306-8949. (Russ.).
14. SKAMAROCK, W.C., J.B. KLEMP, J. DUDHIA et al. A description of the Advanced Research WRF Version 3. NCAR Technical Notes, 2008.
15. SAHA, S., S. MOORTHI, H. PAN et al. NCEP Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) selected hourly time-series products, January 1979 to December 2010. In: Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory [online]. National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/U.S. Department of Commerce, 2010. Available from: https://rda.ucar.edu/datasets/ds093.1A
16. SAHA, S., S. MOORTHI, X. WU et al. NCEP Climate Forecast System Version 2 (CFSv2) 6-hourly products. In: Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory [online]. National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/ U.S. Department of Commerce, 2011. Available from: https://rda.ucar.edu/datasets/ds094.0/
17. DEE, D.P., S.M. UPPALA, A.J. SIMMONS et al. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system. Q.J. RoyalMeteorol. Soc. 2011, no. 137, pp. 553-597. ISSN 0035-9009.
18. NCEP/NCAR Global Reanalysis Products, 1948-continuing. In: Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory [online]. National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/U.S. Department of Commerce, 1994. Available from: http://rda.ucar.edu/datasets/ds090.0/
19. DIANSKIY, N.A. Simulation of circulation of an ocean and examination of its response to short-period and long-period atmospheric forcing [Modelirovaniye tsirculyatss okeana i issledovaniye yego reaktsii na korotkoperiodnyye i dolgoperiodnyye atmosfernyye vozdeystviya]. Moscow: Fizmatlit, 2013. (Russ.).
20. YAKOVLEV, N.G. Reproduction of the large-scale state of water and sea ice in the Arctic Ocean in 1948-2002 [Vosstanovleniye krupnomasshtabnogo sostoyaniya vod i morskogo lda Severnogo Ledovitogo okeana v 19482002 gg.]. Pt. 1: Numerical model and mean state [Chislennaya model i sredneye sostoyaniye]. Izvestiya RAN. Fizika Atmosfery Okeana. 2009, vol. 45, no. 3, pp. 1-16. ISSN 1023-6317. (Russ.).
21. KABATCHENKO, I.M., G.V. MATUSHEVSKIY, M.V. REZNIKOV et al. Numerical modelling of wind and waves in a secondary cyclone at the Black Sea [Modelirovaniye vetra i voln pri vtoricnykh termicheskikh tsiklonakh na Chernom more]. Meteorologiya i Gidrologiya. 2001, no. 5, pp. 61-71. ISSN 0130-2906. (Russ.).
22. DIANSKIY, N.A., V.V. FOMIN, I.M. KABATCHENKO et al. Calculation of currents at the Arctic seas [Raschet techeniy arkticheskikh morey]. Trudy Gosudarstvennogo Okeanograficheskogo Instituta. 2014, is. 215, pp. 5-25. ISSN 978-5-9909833-1-1. (Russ.).
