CC BY
17
ТЕРМОГИДРОДИНАМИКА ОКЕАНА
УДК 551.465
Уточнение методики восстановления трехмерных полей солености и температуры Черного моря по редким измерениям и альтиметрии
© 2016 В.В. Кныш, П.Н. Лишаев
Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия E-mail: vaknysh@yandex.ru
Поступила в редакцию 22.07.2016 г.
Приведены результаты двух специальных численных экспериментов по уточнению предложенной ранее процедуры восстановления трехмерных полей солености и температуры по данным альтиметрии и ограниченных измерений на станциях и буях Argo за 2012 г. В эксперименте 1 используются среднемесячные коэффициенты линейной зависимости глубин солености профиля «нулевой» градации альтиметрического уровня в профилях солености положительных и отрицательных градаций. Процедура расчета среднесуточных коэффициентов линейных трендов глубин реализуется в эксперименте 2. Показано, что восстановленные в эксперименте 2 в глубоководной области моря термохалинные поля обладают большей точностью, а размах их значений на горизонтах слоя 100 - 500 м меняется плавно при переходе от одних суток к другим. Гидрофизические поля Черного моря восстановлены посредством ассимиляции в модели трехмерных термохалинных параметров в реанализе за 2012 г. Получено, что стандартные среднеквадратические отклонения температуры и солености по сравнению с наблюдениями на подавляющем большинстве горизонтов слоя 0 - 500 м оказались меньше, чем в эксперименте 1. Корень из дисперсии полей измеренной солености превышает среднеквадратические отклонения на всех горизонтах слоя от поверхности до 500 м включительно. Использование для восстановления трехмерных полей температуры и солености среднесуточных значений коэффициентов линейных трендов с последующей ассимиляцией этих полей в модели является предпочтительным. Выявлено, что модель термодинамики верхнего слоя моря 0 - 100 м нуждается в усовершенствовании.
Ключевые слова: альтиметрия, буи Argo, методика восстановления, коэффициенты трендов, трехмерные поля, реанализ.
Введение. С целью развития функционирующей в Морском гидрофизическом институте (МГИ) в оперативном режиме системы диагноза, прогноза и реанализа состояния Черного моря [1] необходимо разработать специальную процедуру восстановления трехмерных полей температуры и солености с использованием альтиметрии и редких контактных измерений этих параметров на гидрологических станциях и буях Argo. Такие измерения в море характерны для периода с 1993 г. по настоящее время. Решение этой задачи диктуется тем, что результаты длительных прогностических расчетов циркуляции во всей акватории моря по модели МГИ [2], а также краткосрочных прогнозов в локальной прибрежной области по модели POM с высоким разрешением [3 - 6] указывают на неточности воспроизведения средней стратификации вод бассейна. Их причинами могут быть неадекватность параметризации процессов турбулентного обмена, погрешности полей атмосферного воздействия, приближенный характер начальных условий. Трехмерные поля
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016 5
температуры и солености морской воды в оперативной модели не усваиваются [1]. Не использовались они и в наиболее точном к настоящему времени реанализе гидрофизических полей Черного моря за период 1993 - 2012 гг. [7]. Отклонение осредненных по горизонтам модельных профилей температуры и солености от измеренных в оперативной системе диагноза и прогноза корректируется посредством ассимиляции в модели осредненных по горизонтам среднемесячных климатических профилей термохалинных параметров. В ре-анализе [7] ассимилировались среднегодовые профили температуры и солености морской воды, рассчитанные В.Н. Белокопытовым по редким измерениям. Они были скорректированы с учетом климатической сезонной изменчивости. Необходимо усовершенствовать методику такой коррекции, привлекая для этого трехмерные поля температуры и солености. Процедура восстановления ежесуточных трехмерных термохалинных полей моря на определенных горизонтах для периода 1993 - 2002 гг. предложена ранее в [8, 9].
Настоящая работа посвящена анализу численных экспериментов по совершенствованию данной процедуры с целью повышения точности как восстановления самих трехмерных полей температуры и солености, так и воспроизведения гидрофизических параметров с ассимиляцией трехмерных массивов в модели при проведении реанализа за отдельный 2012 г. Представлены статистические характеристики точности рассчитанных по уточненной процедуре трехмерных полей температуры и солености, а также воспроизведенных в реанализе.
Восстановление трехмерных полей температуры и солености Черного моря и результаты реанализа за 2012 год. Процедура восстановления трехмерных полей указанных параметров Черного моря, как показано в [8, 9], основана на оригинальной методологии совместного анализа нерегулярных по пространству и времени и ограниченных по объему данных измерений температуры, солености и полей альтиметрического уровня моря. Последние рассчитаны на каждые сутки как сумма значений аномалий уровня [9 - 13] и среднегодового климатического уровня [14].
Численный эксперимент 1. Суть метода восстановления трехмерных полей температуры и солености состоит в привязке данных измерений в ограниченной 500-метровой изобатой глубоководной области моря к областям (градациям) альтиметрического уровня моря, лежащим между целочисленными значениями изолиний уровня с шагом 1 см (например ..., «-3, -2», «-2, -1», «-1, 0, 1», «1, 2», «2, 3», ... см). Измерения температуры и солености, выполненные в Черном море в 1993 - 2012 гг. на гидрологических станциях и всплывающих буях Argo, скомпонованы В.Н. Белокопытовым по месяцам и интерполированы по вертикали на следующие горизонты численной модели [2]: 2,5, 5, 10, 20, ..., 50, 63, 75, 88, 100, 113, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 400, ..., 2100 м. Каждый измеренный профиль температуры (солености) морской воды относится к той или иной градации уровня моря, соответствующей точке и времени зондирования. Профили температуры и солености для статистической обеспеченности накапливаются в течение трех календарных месяцев, затем осредняются и относятся к среднему месяцу. Для последующего месяца накопление осуществлялось в таком же временном окне, но со сдвигом впе-
6 МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
ред на один месяц. В итоге мы получаем по одному среднемесячному профилю температуры и одному среднемесячному профилю солености для каждой градации уровня и для каждого месяца 2012 г. Особое внимание уделим профилям температуры и солености «нулевой» градации уровня («-1, 0, 1» см), которые характеризуются как невозмущенные профили этих параметров.
Отмеченное в [9] предположение о том, что для Черного моря начиная с некоторых глубин можно ввести понятие медленно меняющейся во времени и однородной по горизонтали базовой стратификации полей температуры Т(т) и солености (плотности) бассейна, подтверждается анализом построенных Т, Б-кривых по данным среднемесячных профилей температуры и солености как для «нулевой» (рис. 1), так и для всех остальных градаций уровня (см. рис. 4 работы [9]). На рис. 1 кружочками отмечены измеренные на станциях температура и соленость, по которым были получены среднемесячные профили. Разброс измерений вокруг Т, Б-кривых, начиная с глубин 50 -100 м, уменьшается и не зависит от координат и времени зондирований. Водную массу Черного моря с верхней границей 50 - 100 м и нижней 1100 -1200 м принято называть промежуточной черноморской водной массой [15, 16]. Искажения топографии изопикнических, изотермических и изохалинных поверхностей действием ветра или синоптической изменчивостью происходят в слое 100 - 500 м глубоководного бассейна в основном адиабатически без необратимых изменений базовой стратификации. Такая эволюция топографии изоповерхностей наблюдается в широком диапазоне пространственно-временных масштабов - от недель до нескольких лет [17, 18].
30
и
о
«25
а
- 20
я
О.
ё 15
и
Н 10
л ® а
%
Ль
18 19 20 21
Соленость, %о
22
О & б
Же
1
- ® О
17
18
19 20 21 Соленость, %о
22
23
Рис 1. Т, Б-кривые (сплошные линии) «нулевой» градации уровня для 2012 г.: а - август; б -октябрь
Невозмущенные профили солености и температуры в соответствии с процедурой расчета трехмерных полей солености и температуры [9] принимались в качестве базовых. Смещения изохалинных поверхностей - глубины солености среднемесячного профиля «нулевой» градации в среднемесячных профилях солености положительных и отрицательных градаций альтиметри-ческого уровня моря - определялись на горизонтах в слое 100 - 500 м для всех месяцев 2012 г. посредством линейной интерполяции. Ежемесячные диаграммы зависимостей изменения глубин залегания изохалин от градаций уровня для каждого среднемесячного профиля невозмущенной солености 5Ь, а также аппроксимация зависимостей линейной функцией вида
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
7
О = а(&)С + 6(&),
(1)
где - искомая глубина, С - ежесуточное значение альтиметрического
уровня моря, а(50), 6(50) - известные коэффициенты (рис. 2, б), позволили восстановить ежесуточные трехмерные поля солености для всех месяцев 2012 г. [9]. Восстановление профилей температуры проводилось с использованием Т, 5-кривых, построенных по среднемесячным профилям температуры и солености «нулевой» градации уровня.
Рис. 2. Диаграммы зависимости глубин к от градаций уровня моря на горизонтах слоя 63 -500 м для 2012 г.: а - май; б - август
Трехмерные поля температуры и солености глубоководной области Черного моря, ограниченной изобатой 500 м, восстановлены на регулярной сетке модели МГИ [2] с равномерным шагом по горизонтали 5 км. Для оценки статистических характеристик точности восстановленных полей на каждом горизонте слоя 100 - 500 м находили отклонения относительно наблюдений в глубоководной акватории Черного моря в 2012 г.
Из табл. 1 видно, что значения среднеквадратических отклонений (СКО) восстановленных температуры и солености уменьшаются в слое 100 - 500 м. Корень из дисперсии измеренных полей температуры и солености по горизонтам слоя превышает СКО и указывает на то, что восстановленные поля вполне приемлемы.
Поскольку восстановленные температура и соленость известны в каждой точке сеточной области и привязаны к значениям уровня, их ассимиляция в модели в ретроспективном анализе за 2012 г. выполнена самым простым способом [19, 20]. А именно включением в правые части уравнений переноса -диффузии тепла и соли источников Qт, Qs, которые имеют следующий вид:
& (X, г)=1/ЕЩ1+Пт2 (г 'МеС )][тоЬ (X, о -Т(х, 01,
(2)
& (X, г) = 1/ЕЩ1 + ъ 2( 2, ?мес )][8 оЫ( X, г) - 8 (X, г)],
где X = (X, у, г); КЕЬ - параметр релаксации; 2 (г, гмес), т]32 (2, гмес ) - среднемесячные значения меры ошибок измерений, представляющие собой отношение квадрата СКО среднемесячных температуры и солености к диспер-
8 МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
сии естественной изменчивости соответствующих полей [19]; ТоЫ(х, ?), БоЫ (х, t) - восстановленные по измерениям трехмерные поля температуры и солености; Т(х, t), Б(х, t) - модельные значения температуры и солености. Коэффициенты вертикального турбулентного обмена импульсом и вертикальной турбулентной диффузии тепла и соли определялись по формуле Па-кановски - Филандера [21, 22], значения подобранных в ней параметров даны в работе [2]. Атмосферное воздействие задавалось по результатам реанализа ЕЕЛ-1п(впт [23]. Начальный момент времени соответствовал 00 ч 1 января 2012 г. Поля температуры, солености, уровня моря и скорости течений, восстановленные в реанализе за 1993 - 2012 гг. с усвоением в модели среднемесячных профилей температуры и солености «нулевой» градации альтиметри-ческого уровня [24], принимались в качестве начальных. Параметр релаксации равнялся 3 сут. Данные реанализа за 2012 г. включали в себя среднесуточные поля горизонтальных и вертикальной составляющих вектора скорости течений, температуры и солености на 38 горизонтах, а также уровня моря.
Т а б л и ц а 1
Стандартные среднеквадратические отклонения восстановленных (СКО) и корень из дисперсии измеренных (о) полей температуры и солености по горизонтам за 2012 г. (эксперимент 1)
Горизонт, м Темпе ратура, 0С Соленость, %о
СКО о СКО о
100 0,2082 0,3209 0,3455 0,6165
113 0,1158 0,1845 0,2854 0,5043
125 0,0643 0,1209 0,2248 0,4142
150 0,0380 0,0654 0,1370 0,2485
175 0,0310 0,0448 0,0947 0,1606
200 0,0271 0,0372 0,0744 0,1206
250 0,0169 0,0240 0,0539 0,0726
300 0,0104 0,0143 0,0373 0,0478
400 0,0044 0,0061 0,0206 0,0274
500 0,0047 0,0069 0,0129 0,0169
Из табл. 2 следует, что СКО воспроизведенных в реанализе полей температуры достигает максимального значения на горизонте 20 м, с глубиной оно уменьшается. Стандартное отклонение измеренной температуры принимает большие значения в верхнем слое 0 - 30 м и на горизонтах 0 - 15 м превышает СКО рассчитанной в модели температуры. Максимум СКО солености получен в слое основного галоклина на горизонте 75 м. Корень из дисперсии полей измеренной солености оказался выше СКО модельной солености на всех горизонтах слоя 0 - 500 м, что свидетельствует о большей точности восстановленных в реанализе полей солености.
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
9
Т а б л и ц а 2
Стандартные среднеквадратические отклонения восстановленных
в модели (СКО) и корень из дисперсии измеренных (о) полей температуры и солености по горизонтам за 2012 г. (эксперимент 1)
Горизонт, м Температура, 0С Соленость, %о
СКО а СКО а
3 1,5833 5,3295 0,1669 0,1700
5 1,7391 6,3366 0,1990 0,2515
10 2,3509 6,4515 0,1703 0,2052
15 3,7044 5,5025 0,1375 0,1778
20 4,5832 4,5608 0,1114 0,1429
25 4,0227 3,7581 0,1125 0,1246
30 2,7879 2,3938 0,1222 0,1166
40 1,6959 0,9456 0,1756 0,2052
50 0,9057 0,6691 0,2933 0,4165
63 0,6039 0,6546 0,3887 0,6304
75 0,4851 0,6238 0,4222 0,7066
88 0,3891 0,4831 0,4124 0,6960
100 0,3040 0,3209 0,3805 0,6165
113 0,2417 0,1845 0,3470 0,5043
125 0,1555 0,1209 0,2935 0,4142
150 0,0695 0,0654 0,1772 0,2485
175 0,0431 0,0448 0,1175 0,1606
200 0,0340 0,0372 0,0903 0,1206
250 0,0223 0,0240 0,0620 0,0726
300 0,0142 0,0143 0,0410 0,0478
400 0,0077 0,0061 0,0249 0,0274
500 0,0053 0,0069 0,0145 0,0169
Поскольку в нашем случае формирование гидрофизических полей в слое 0 - 100 м определяется в основном качеством модели и полями атмосферного воздействия, статистические характеристики указывают на то, что в модели неточно воспроизводится термодинамика верхнего слоя моря.
Примеры ассимилируемого поля солености и восстановленных в реана-лизе гидрофизических полей приведены на рис. 3, а - в. Антициклонические вихри справа от Основного Черноморского течения (ОЧТ), так же как и циклонические структуры, четко прослеживаются в полях солености и горизонтальной скорости в соответствии с характерными структурами альтиметриче-ского уровня моря (рис. 3, г). В дипольной системе вихрей Севастопольский антициклон - циклон местоположение последнего несколько смещено на юг по сравнению с альтиметрическими данными (рис. 3, а - г). Причиной такого смещения является, по-видимому, недостаточно точное воспроизведение полей моря в области юго-западнее м. Тарханкут.
10
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
Рис. 3. Восстановленные в эксперименте 1 на 1.05.2012 г.: соленость по измерениям и альтиметрии (а); соленость (б) и течения (в) по реанализу; топография альтиметрического уровня (г)
Численный эксперимент 2. Недостатком для ассимилируемых в модели трехмерных полей температуры и солености, восстановленных в численном эксперименте 1, является то, что диапазон значений их пространственной изменчивости на горизонтах меняется скачком при переходе от месяца к месяцу. Это особенно заметно в те месяцы, когда коэффициент а(5Ь) меняется весьма резко (рис. 4, а, черная линия). Причина такого размаха значений температуры (солености) заключается в использовании среднемесячных коэффициентов а(£о), ¿(£0) для расчета глубин к по формуле (1) и последующего восстановления трехмерных полей указанных параметров на горизонтах модели.
Рис. 4. Временная изменчивость ежемесячных (эксперимент 1) и ежесуточных (эксперимент 2) значений коэффициента а на горизонте 100 м (а), а также диаграмма сезонной изменчивости средней по горизонтам температуры в слое 0 - 300 м (б) за 2012 г.
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
11
В настоящем эксперименте мы используем временное окно (^ - 45, ( + + 45 сут) для накопления профилей солености (температуры) в каждой градации альтиметрического уровня моря. Затем профили осредняются и относятся к фиксированным суткам Далее выполняется скользящий суточный сдвиг, накопление профилей солености (температуры), их осреднение и отнесение к следующим суткам. В результате получаем один профиль солености и один профиль температуры для каждой градации уровня и для каждых суток в течение 2012 г. Невозмущенные ежесуточные профили солености и температуры принимались в качестве базовых. Отличие от эксперимента 1 состояло в том, что при расчете глубин к по формуле (1) для восстановления трехмерных полей солености и температуры на горизонтах модели использовались ежесуточные значения коэффициентов а(5Ь) и Ь(Б0). На рис. 4, а видно, что соответствующая эксперименту 2 красная линия более гладкая. В итоге размах колебаний восстановленной солености (температуры) на горизонтах модели в слое 100 - 500 м меняется плавно при переходе от одних суток к другим.
Восстановленные в эксперименте 2 термохалинные поля обладают несколько большей точностью, чем в эксперименте 1 (данные не приводятся).
По результатам реанализа за 2012 г., проведенного с ассимиляцией в модели восстановленных в эксперименте 2 массивов температуры и солености, оценены статистические характеристики точности воспроизведенных гидрофизических полей моря. Получено, что СКО между модельными и измеренными значениями температуры, как видно из табл. 2 и 3, на всех горизонтах слоя 0 - 500 м оказались меньше (за исключением 75 м), чем в эксперименте 1 . Такой же результат получен по СКО полей солености, за исключением некоторых горизонтов слоя 5 - 88 м.
Корень из дисперсии измеренной температуры превышает СКО почти на всех горизонтах слоя, кроме 20, 25, 30, 40, 50 м. Вместе с тем такой же статистический параметр солености оказался больше СКО на горизонтах слоя от поверхности до 500 м включительно.
Следует особо отметить, что, согласно модельным данным, значения СКО температуры на горизонтах слоя 0 - 100 м являются большими (табл. 3). Принимая во внимание тот факт, что формирование термохалинных полей в этом слое в основном определяется качеством модели и полей атмосферного воздействия (данные измерений в этом слое не усваиваются), можно сделать вывод о недостаточной точности моделирования термодинамики верхнего слоя моря. Сложный характер термодинамических процессов, развивающихся в этом слое, покажем на иллюстрации адвективного механизма формирования холодного промежуточного слоя (ХПС) [25, 26]. На рис. 4, б четко выражены процессы образования и формирования ХПС: осенне-зимнее выхолаживание вод, образование верхнего квазиоднородного слоя (ВКС), весенне-летний прогрев вод и образование сезонного термоклина, формирование нового ХПС, уменьшение его холодозапаса к осени и нарушение сплошности. Согласно данным [27] (табл. 7.1), значительное обновление ХПС моря является характерным для 2012 г. На рис. 5, а хорошо видна возникающая в результате осенне-зимнего охлаждения поверхностного слоя на северо-западном шельфе холодная вода, имеющая температуру 5 < Т < 8°С и более низ-12 МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
кую соленость. Как показано в [26], в результате охлаждения и зимней конвекции толщина ВКС здесь увеличивается, а слои холодной воды перемещаются в направлении открытого моря и сливаются с водами старого ХПС. В дальнейшем обновленные воды ХПС транспортируются ОЧТ на юго-запад, юг, юго-восток, а затем восточной струей ОЧТ - в северо-западном направлении (рис. 5, а, б). В результате с перемещением обновленных вод трансформируются структуры полей температуры и солености. Такие структуры в антициклонических вихрях и циклонических круговоротах в слое 0 - 100 м выражены слабее. По этой причине перепад воспроизведенного в модели уровня моря и интенсивность антициклонических вихрей оказались заниженными по сравнению с альтиметрическим уровнем (рис. 5, в и 3, г).
Т а б л и ц а 3
Стандартные среднеквадратические отклонения восстановленных в модели (СКО) и корень из дисперсии измеренных (о) полей температуры и солености по горизонтам за 2012 г. (эксперимент 2)
Горизонт, м Температура, 0С Соленость, %о
СКО о СКО о
3 1,4669 5,3295 0,1461 0,1700
5 1,6789 6,3366 0,2052 0,2515
10 2,3340 6,4515 0,1698 0,2052
15 3,6821 5,5025 0,1388 0,1778
20 4,5629 4,5608 0,1112 0,1429
25 4,0000 3,7581 0,1074 0,1246
30 2,6865 2,3938 0,1152 0,1166
40 1,5531 0,9456 0,1729 0,2052
50 0,8094 0,6691 0,3119 0,4165
63 0,5965 0,6546 0,4195 0,6304
75 0,4974 0,6238 0,4222 0,7066
88 0,3876 0,4831 0,4261 0,6960
100 0,2391 0,3209 0,3394 0,6165
113 0,1441 0,1845 0,2932 0,5043
125 0,0915 0,1209 0,2410 0,4142
150 0,0468 0,0654 0,1374 0,2485
175 0,0330 0,0448 0,0914 0,1606
200 0,0274 0,0372 0,0777 0,1206
250 0,0178 0,0240 0,0501 0,0726
300 0,0109 0,0143 0,0334 0,0478
400 0,0059 0,0061 0,0183 0,0274
500 0,0053 0,0069 0,0124 0,0169
Как видно на рис. 3, в и 5, г, циркуляция вод моря, воспроизведенная в экспериментах 1 и 2, различается незначительно. Отметим наблюдаемые в эксперименте 2 в восточной части моря Кизилирмакский, Батумский, два кавказских антициклона, а также Севастопольский антициклонический и соприкасающийся с ним циклонический вихри.
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016 13
5.5 б 6.5 7 7.5 8 8.5 °С
10 -5 0 5 10 СМ
Рис. 5. Восстановленные в эксперименте 2 по реанализу: температура (а) и течения (б) на горизонте 50 м 31.03.2012 г.; топография уровня моря (в) и течения на горизонте 100 м (г) 1.05.2012 г.
Заключение. Уточнение предложенной ранее процедуры восстановления трехмерных полей солености и температуры Черного моря выполнено посредством анализа результатов двух специально проведенных численных экспериментов. В первом из них использовались среднемесячные значения коэффициентов а(5Ь) и b(So), во втором - их среднесуточные значения. В последнем случае (эксперимент 2) размах колебаний восстановленной солености (температуры) на горизонтах слоя 100 - 500 м глубоководной области моря меняется плавно при переходе от одних суток к другим. Восстановленные термохалинные поля обладают несколько большей точностью. Сред-неквадратические отклонения между рассчитанными в реанализе за 2012 г. и измеренными значениями солености на всех горизонтах слоя 0 - 500 м (кроме некоторых горизонтов слоя 0 - 100 м) оказались меньше, чем в эксперименте 1. Стандартные СКО температуры получились меньше по сравнению с данными эксперимента 1 на всех горизонтах слоя 0 - 500 м, исключая горизонт 75 м. Модель термодинамики верхнего слоя моря 0 -100 м нуждается в усовершенствовании. Для повышения точности воспроизводимых в реанализе гидрофизических полей необходимо дополнительно ассимилировать в модели спутниковые данные о температуре поверхности моря и альтиметрический уровень.
14
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 08272014-0011 «Исследования закономерностей изменений состояния морской среды на основе оперативных наблюдений и данных системы диагноза, прогноза и реанализа состояния морских акваторий», а также частично при поддержке РФФИ, грант № 16-05-00621.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коротаев Г.К., Демышев С.Г., Дорофеев В.Л. и др. Архитектура и результаты работы Международного Черноморского центра морских прогнозов, созданного на базе МГИ НАН Украины в рамках проекта Европейского Союза «Мой Океан» // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2013. - Вып. 27. - С. 128 - 133.
2. Лишаев П.Н., Коротаев Г.К., Кныш В.В. и др. Восстановление синоптической изменчивости гидрофизических полей Черного моря на основе реанализа за 1980 - 1993 годы // Морской гидрофизический журнал. - 2014. - № 5. - С. 49 - 68.
3. Ратнер Ю.Б., Кубряков А.И., Холод А.Л. и др. Использование данных измерений с дрейфующих буев SVP-DTC и Argo для валидации результатов прогноза температуры воды в прибрежной области Черного моря // Там же. - С. 33 - 48.
4. Кубряков А.И. Применение технологии вложенных сеток при создании системы мониторинга гидрофизических полей в прибрежных районах Черного моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2004. - Вып. 11. - С. 31 - 50.
5. Blumberg A.F., Mellor G.L. A description of a three-dimensional coastal ocean model // Three Dimensional Shelf Models, Coast. Estuar. Sci. V. 5. - Washington D.C.: AGU, 1987. -P. 1 - 16.
6. Hunter J.R. OzPOM: A version of the Princeton Ocean Model. - 2002. - http://www. antcrc. utas.edu.au/johunter/ozpom.html.
7. Дорофеев В.Л., Сухих Л.И. Анализ изменчивости гидрофизических полей Черного моря в период 1993 - 2012 годов на основе результатов выполненного реанализа // Морской гидрофизический журнал. - 2016. - № 1. - С. 33 - 48.
8. Коротаев Г.К., Лишаев П.Н., Кныш В.В. Методика анализа данных измерений температуры и солености Черного моря с использованием динамического альтиметрического уровня // Там же. - 2015. - № 2. - С. 26 - 42.
9. Коротаев Г.К., Лишаев П.Н., Кныш В.В. Восстановление трехмерных полей солености и температуры Черного моря по данным спутниковых альтиметрических измерений // Исследование Земли из космоса. - 2016. - № 1 - 2. - С. 199 - 212.
10. AVISO - Archivage Validation Interprétation des données des Satellites Océanographiques. -http: //www.aviso. oceanobs.com/.
11. Le Traon P.-Y., Dibarboure G., Ducet N. Use of a high-resolution model to analyze the mapping capabilities of Multiple-Altimeter Missions // J. Atmos. Ocean. Tech. - 2001. - 18, № 7. - P. 1277 - 1288. - doi: 10.1175/1520-0426(2001)018<1277:\TOHARM>2.0.œ;2.
12. Pascual A., Faugère Y., Larnicol G. et al. Improved description of the ocean mesoscale variability by combining four satellite altimeters // Geophys. Res. Lett. - 2006. - 33, № 2. -P. 2611 - 2614.
13. Kubryakov A.A., Stanichny S.V. Estimating the quality of the retrieval of the surface geo-strophic circulation of the Black Sea by satellite altimetry data based on validation with drifting buoy measurements // Izvestiya. Atmos. Ocean. Phys. - 2013. - 49, № 9. - P. 930 - 938.
14. Кныш В.В., Кубряков А.И., Инюшина Н.В. и др. Восстановление климатической сезонной циркуляции Черного моря на основе модели в с-координатах с использованием ассимиляции данных о температуре и солености // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. - Вып. 16. - С. 243 - 265.
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016 15
15. Леонов А.К. Региональная океанография. Часть 1. Берингово, Охотское, Японское, Каспийское и Черное моря. - Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 765 с.
16. Иванов В.А., Белокопытов В.Н. Океанография Черного моря. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. - 212 с.
17. Korotaev G., Dorofeev V., Oguz T. et al. The MyOcean Black Sea coupling of dynamics and ecosystem // Mercator Ocean Quart. Newslet. - 2011. - 40. - P. 26 - 35.
18. Kubryakov A.A., Stanichny S.V. Seasonal and interannual variability of the Black Sea eddies and its dependence on characteristics of the large-scale circulation // Deep-Sea Res. Part I: Ocean. Res. Papers. - 2015. - 97. - P. 80 - 91. - http://dx.doi.org/10.1016/j.dsr.2014.12.002.
19. Гандин Л.С., Каган Р.А. Статистические методы интерпретации метеорологических данных. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 357 c.
20. Sarmiento J.L., Bryan K. An ocean transport model for the North Atlantic // J. Geoph. Res. -1982. - 87, iss. C1. - P. 394 - 408. - doi:10.1029/JC087iC01p00394.
21. Pacanowsci R.C., Philander S.G.H. Parameterization of vertical mixing in numerical models of tropical oceans // J. Phys. Oceanogr. - 1981. - 11. - P. 1443 - 1451. - doi: 10.1175/1520-0485(1981)011<1443:P0VMIN>2.0.C0;2.
22. Ibraev R.A., Trukhchev D.I. Model study of the seasonal variability of the Black Sea circulation // NATO TU - Black Sea project ecosystem modeling as a management tool for Black Sea, symposium on Scientific results. V. 2. - Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1998. - P. 179 - 196.
23. Berrisford P., Dee D., Fielding K. et al. The ERA-Interim archive Version 1.0 // ERA Rep. Ser. - ECMWF, 2009. - 16 p. - www.ecmwf.int.
24. Korotaev G.K., Sarkisyan A.S., Knysh V.V. et al. Reanalysis of seasonal and interannual variability of Black Sea fields for 1993 - 2012 // Izvestiya. Atmos. Ocean. Phys. - July 2016. -52, iss. 4. - P. 418 - 430. - doi: 10.1134/S0001433816040071.
25. Колесников А.Г. К вычислению годового хода температуры воды в южных морях // Тр. Морского гидрофизического института АН СССР. - 1953. - Т. 3. - С. 106 - 127.
26. Korotaev G.K., Knysh V.V., Kubryakov A.I. Study of formation process of cold intermediate layer based on reanalysis of Black Sea hydrophysical fields for 1971 - 1993 // Izvestiya. Atmos. Ocean. Phys. - January 2014. - 50, iss. 1. - P. 35 - 48.
27. Ильин Ю.П., Репетин Л.Н., Белокопытов В.Н. и др. Гидрометеорологические условия морей Украины. Т. 2. Черное море. - Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. - 420 с.
Improvement of the method for reconstructing the temperature and salinity three-dimensional fields of the Black Sea based on insufficient measurements and altimetry
V.V. Knysh, P.N. Lishaev
Marine Hydrophysical Institute, Russian Academy of Sciences, Sevastopol, Russia
e-mail: vaknysh@yandex.ru
Represented are the results of two special numerical experiments aimed at improving the previously proposed procedure of reconstructing salinity and temperature three-dimensional fields based on the altimetry data and the insufficient measurements performed at the stations and the Argo buoys in 2012. In experiment 1, applied are the monthly average coefficients of linear dependence of the sea
16
МОРЖОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
level and depths at which the salinity values of the 'zero' gradation altimetry level profile lie within the salinity profiles of positive and negative gradations. The procedure for calculating the daily average coefficients of the depths' linear trends is realized in experiment 2. It is shown that the thermohaline fields reconstructed in experiment 2 for the deepwater area are more accurate; on the horizons of the 100 - 500 m layer their values range smoothly from one day to another. The Black Sea hydro-physical fields are reconstructed by assimilation in the model of three-dimensional thermohaline parameters in the reanalysis for 2012. It is revealed that, as compared to the observations on the overwhelming majority of horizons in the 0 - 500 m layer (experiment 2), the standard root-mean-square deviations of temperature and salinity are lower than those in experiment 1. The root of the measured salinity fields' dispersion exceeds the standard deviations on all the horizons within 0 - 500 m, inclusive. Application of the daily average coefficients of the linear trends for reconstructing three-dimensional fields of temperature and salinity, and their subsequent assimilation in the model is preferable. It is revealed that the model of the upper 0 - 100 m layer thermodynamics requires improvement.
Keywords: altimetry, buoys Argo, reconstruction procedure, trends' coefficients, three-dimensional fields, reanalysis.
МОРСКОЙ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ № 6 2016
17
