Комплексная модель Белого моря: гидротермодинамика вод и морского льда

Илья Александрович Чернов, Алексей Владимирович Толстиков, Николай Геннадьевич Яковлев, Ilya Chernov, Alexey Tolstikov, Nikolay Iakovlev

Аннотация


На примере Белого моря описана численная модель крупного покрытого льдом водоема. Обсуждается согласие расчетных полей с измеренными параметрами и воспроизведение основных структур. Показано, что модель может давать ответы на вопросы прикладного характера.

Ключевые слова


численное моделирование; крупномасштабная циркуляция; Белое море; гидродинамика морских вод и льда; термохалинные поля; течения; ледяной покров

Полный текст:

PDF

Литература


Белое море и его водосбор под влиянием климатических и природных факторов / Под ред. Н. Н. Филатова, А. Ю. Тержевика. — Петрозаводск : КарНЦ РАН, 2007. — 349 с.

Белое море. Справочник «Моря СССР». Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. II, N.1: Гидрометеорологические условия. — Л. : Гидрометеоиздат, 1991. — 240 с.

Дерюгин К. М. Фауна Белого моря и условия ее существования. — Л. : Изд. Гос. Гидрол. ин-та, 1928. — 510 с.

Каменкович В. М. Основы динамики океана. — Л. : Гидрометеоиздат, 1973. — 240 с.

Математические модели циркуляции океанов и морей / А. С. Саркисян, В. Б. Залесный, Н. А. Дианский и др. // Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования. — Москва : Наука, 2005. — Т. 2: Математическое моделирование. — С. 174–278.

Семенов Е. Численное моделирование динамики белого моря и проблема мониторинга // Известия РАН, ФАО. — 2004. — Т. 40, No 1. — С. 128–141.

Система Белого моря. Водная толща и взаимодействующие с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера. — М. : Научный мир, 2012. — Т. 2. — 784 с.

Создание информационной системы и электронного атласа по состоянию и использованию ресурсов Белого моря и его водосбора / Н. Н. Филатов, А. В. Толстиков, М. С. Богданова и др. // Арктика: Экология и экономика. — 2014. — Т. 3, No 15. — С. 18–29.

Филатов Н. Н., Тержевик А. Ю., Дружинин П. В. Беломорье — регион для решения актуальных проблем Арктики // Арктика: Экология и экономика. — 2011. — No 2. — С. 90–101.

Яковлев Н. Г. Восстановление крупномасштабного состояния вод и морского льда Северного Ледовитого океана в 1948–2002 гг. Часть 1: Численная модель и среднее состояние // Известия РАН, ФАО. — 2009. — Т. 45, No 3. — С. 1–16.

Яковлев Н. Г. Восстановление крупномасштабного состояния вод и морского льда Северного Ледовитого океана в 1948–2002 гг. Часть 2: Состояние ледового и снежного покрова // Известия РАН, ФАО. — 2009. — Т. 45, No 4. — С. 1–18.

Яковлев Н. Г. К вопросу о воспроизведении полей температуры и солености Северного Ледовитого океана // Известия РАН, ФАО. — 2012. — Т. 48, No 1. — С. 1–17.

CICE: the Los Alamos Sea Ice Model, documentation and software, version 5.0 : Rep. / Los Alamos National Laboratory Tech. Rep. LA-CC-06-012. ; Executor: C. Hunke, W. H. Lipscomb, A. K. Turner et al. : 2013.

Craig P. D., Banner. M. L. Modeling wave enhanced turbulence in the ocean surface layer // J. Phys. Oceanogr. –– 1994. –– Vol. 24, no. 12. –– P. 2546–2559.

An energy-diagnostics intercomparison of coupled ice-ocean Arctic models / P. Uotila, D. M. Holland, M. A. Morales Maqueda et al. // Ocean Modelling. –– 2006. –– Vol. 11, no. 1–2. –– P. 1–27.

Finite element flux-corrected transport (FEM-FCT) for the Euler and Navier-Stokes equations / R. Loehner, K. Morgan, J. Peraire, M. Vahdati // Int. J. Numer. Meth. Fluids. –– 1987. –– Vol. 7. –– P. 1093–1109.

Finite-element sea ice model (FESIM), version 2 / S. Danilov, Q. Wang, R. Timmermann et al. // Geosci. Model Dev. –– 2015. –– Vol. 8. –– P. 1747– 1761.

The finite element sea ice-ocean model (FE-SOM) v.1.4: formulation of an ocean general circulation model / Q. Wang, S. Danilov, D. Sidorenko et al. // Geosci. Model Dev. –– 2014. –– Vol. 7, no. 663,–693.

Flather R. A. A tidal model of the north-west European continental shelf // Memories de la Societe Royale des Sciences de Liege. –– 1976. –– Vol. 6, no. 10. –– P. 141–164.

Gent P. R., McWilliams. J. C. Isopycnal mixing in ocean circulation models // J. Phys. Oceanogr. –– 1990. –– Vol. 20, no. 1. –– P. 150–155.

Griffies S. M. The Gent-McWilliams skew-flux // J. Phys. Oceanogr. –– 1998. –– Vol. 28, no. 5. –– P. 831–841.

Huang R. X. Real freshwater flux as a natural boundary condition for the salinity balance and thermohaline circulation forced by evaporation and precipitation // J. Phys. Oceanogr. –– 1993. –– Vol. 23. –– P. 2428–2446.

Iakovlev N. G. On the calculation of large-scale ocean currents in the ”velocity-pressure” variables by the finite element method // Rus. J. Numer. Anal. Math. Modelling. –– 1996. –– Vol. 11, no. 5. –– P. 383–392.

Kantha L. H., Clayson. C. A. An improved mixed layer model for geophysical applications // J. Geophys. Res. –– 1994. –– Vol. 99, no. C12. –– P. 25235–25266.

Marchesiello P., McWilliams J. C., Shchepetkin A. Open boundary conditions for long-term integration of regional oceanic models // Ocean Modelling. –– 2001. –– Vol. 3. –– P. 1–20.

Mellor G. L., Yamada. T. Development of a turbulence closure model for geophysical fluid problems // Rev. Geophys. Spac. Phys. –– 1982. –– Vol. 20, no. 4. –– P. 851–875.

The model of the earth system developed at the INM RAS / N. A. Dyanskii, V.Ya. Galin, A. V. Gusev et al. // Rus. J. Numer. Anal. Math. Modelling. –– 2010. –– Vol. 25, no. 5. –– P. 419–429.

The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project / E. Kalnay, M. Kanamitsu, R. Kistler et al. // Bull. Amer. Meteor. Soc. –– 1996. –– Vol. 77. –– P. 437–470.

Neelov I. A., Savchuk O. P. 3-D IO RAS-AARI coupled hydrodynamic-biogeochemical model of the White sea; final report of INCO-Copernicus project ”WHITESEA” No. ICA2-CT-2000-10014: ”Sustainable management of the marine ecosystem and living resources of the White sea”). –– 2003.

Nurser A. J. G., Bacon S. The Rossby radius in the Arctic ocean // Ocean Sci. –– 2014. –– Vol. 10, no. 967–975.

The MOM3 manual : Rep. / NOAA/Geophysical Fluid Dynamics Laboratory ; Executor: R. C. Pacanowski, S. M. Griffies : 1999. –– 680 p.

Padman L., Erofeeva S. A barotropic inverse tidal model for the Arctic ocean // Geophysical Research Letters. –– 2004. –– Vol. 31, no. 2. –– P. 383–392.

Parkinson C. L., Washington W. M. A large-scale numerical model of sea ice // J. Geophys. Res. –– 1979. –– Vol. 84. –– P. 311–337.

Prange M. R. G. The role of surface freshwater flux boundary conditions in Arctic ocean modelling // Ocean Modelling. –– 2006. –– Vol. 13. –– P. 25–43.

Ridders C. J. F. A new algorithm for computing a single root of a real continuous function // IEEE Transactions on Circuits and Systems. –– 1979. –– Vol. CAS 26. –– P. 979.

Simulating the ice-thickness distribution in a coupled climate model / C. M. Bitz, M. M. Holland, A. J. Weaver, M. Eby // J. Geophys. Res. –– 2001. –– Vol. 106, no. C2. –– P. 2441–2463.

Simulating the mass balance and salinity of Arctic and Antarctic sea ice. 1. Model description and validation / M. Vancoppenolle, T. Fichefet, H. Goosse et al. // Ocean Modelling. –– 2009b. –– Vol. 27, no. 1–2. –– P. 33–53.

Specification of eddy transfer coeffcients in coarse resolution ocean circulation models / M. Visbeck, J. Marshall, T. Haine, M. Spall // J. Phys. Oceanogr. –– 1997. –– Vol. 27. –– P. 381–402.

White Sea. Its Marine Environment and Ecosystem Dynamics Influenced by Global Change / N. Filatov, D. Pozdnyakov, O. M. Johannessen et al. –– Springer-Praxis, 2005.

Zienkiewicz O. C., Taylor R. L. The finite element method. 5th Ed. –– Oxford : Butterworth and Heinemann, 2000. –– Vol. 3: Fluid dymanics. –– 306 p.

References

Beloe more i ego vodosbor pod vliyaniem

klimaticheskikh i prirodnykh faktorov [The White

Sea and its watershed under influence of climate

and antropogenic factors]. Eds N. N. Filatov,

A. Yu. Terzhevik. Petrozavodsk: KarRC of RAS,

349 p.

Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei

SSSR. Vol. II. Beloe more. Iss. 1. Gidrometeorologicheskie

usloviya [Hydrometeorology and

hydrochemistry of the seas (USSR). Vol. 2.

The White Sea. Iss. 1. Hydrometeorological

conditions]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1991.

p.

Deryugin K. M. Fauna Belogo morya i usloviya

ee sushchestvovaniya [Fauna of the White Sea

and conditions of its existences]. Leningrad: Gos.

Gidrol. in-t, 1928. 510 p.

Kamenkovich V. M. Osnovy dinamiki okeana

[Fundamentals of ocean dynamics]. Leningrad:

Gidrometeoizdat, 1973. 240 p.

Sarkisyan A. S., Zalesnyi V. B., Dianskii

N. A. et al. Matematicheskie modeli

tsirkulyatsii okeanov i morei. Sovremennye

problemy vychislitel’noi matematiki i matematicheskogo

modelirovaniya [Mathematical

models of circulation of oceans and seas.

Modern problems of numerical mathematics

and mathematical modelling]. Vol. 2. Matematicheskoe

modelirovanie [Mathematical modelling].

Moscow: Nauka, 2005. P. 174–278.

Semenov E. Chislennoe modelirovanie

dinamiki Belogo morya i problema monitoringa

[Numerical modelling of the White Sea dynamics

and monitoring problem]. Izvestiya RAN, FAO

[Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics].

No. 1. P. 128–141.

Sistema Belogo morya. Vodnaya tolshcha i

vzaimodeistvuyushchie s nei atmosfera, kriosfera,

rechnoi stok i biosfera [The White Sea system.

Water column and interacting with it atmosphere,

cryosphere, the river runoff, and biosphere].

Moscow: Nauchnyi mir, 2012. 784 p.

Filatov N. N., Tolstikov A. V., Bogdanova

M. S., Menshutkin V.V. Sozdanie informatsionnoi

sistemy i elektronnogo atlasa po

sostoyaniyu i ispol’zovaniyu resursov Belogo

morya i ego vodosbora [Development of

information system and electronic atlas on the

status and use of resources of the White Sea and

its catchment]. Arktika: Ekologiya i ekonomika

[Arctic: ecology and economy]. 2014. No. 15. P. 18–

Filatov N. N., Terzhevik A. Yu.,

Druzhinin P. V. Belomor’e – region dlya resheniya

aktual’nykh problem Arktiki [Belomorie is the

region of the Arctic challenges solving]. Arktika:

Ekologiya i ekonomika [Arctic: ecology and

economy]. 2011. No. 2. P. 90–101.

Yakovlev N. G. Vosstanovlenie krupnomasshtabnogo

sostoyaniya vod i morskogo l’da

Severnogo Ledovitogo okeana v 1948–2002 gg.

Chast’ 1: Chislennaya model’ i srednee sostoyanie

[Reproduction of the large-scale state of water and

sea ice in the Arctic Ocean from 1948 to 2002.

Pt. 1. Numerical model and the average state].

Izvestiya RAN, FAO [Izvestiya, Atmospheric and

Oceanic Physics]. 2009. No. 3. P. 1–16.

Yakovlev N. G. Vosstanovlenie krupnomasshtabnogo

sostoyaniya vod i morskogo l’da

Severnogo Ledovitogo okeana v 1948–2002 gg.

Chast’ 2: Sostoyanie ledovogo i snezhnogo pokrova

[Reproduction of the large-scale state of water and

sea ice in the Arctic Ocean from 1948 to 2002.

Pt. 2. The state of ice and snow cover]. Izvestiya

RAN, FAO [Izvestiya, Atmospheric and Oceanic

Physics]. 2009. No. 4. P. 1–18.

Yakovlev N. G. K voprosu o vosproizvedenii

polei temperatury I solenosti Severnogo

Ledovitogo okeana [On the simulation of

temperature and salinity fields in the Arctic

Ocean]. Izvestiya RAN, FAO [Izvestiya,

Atmospheric and Oceanic Physics]. 2012. No. 1.

P. 1–17.

Hunke C., Lipscomb W. H., Turner A. K.

et al. CICE: the Los Alamos Sea Ice Model,

documentation and software, version 5.0. Los

Alamos National Laboratory Tech. Rep. LA-CC-

-012. Los Alamos, New Mexico, USA, 2013.

Craig P. D., Banner M. L. Modeling waveenhanced

turbulence in the ocean surface layer.

J. Phys. Oceanogr. 1994. Vol. 24, no. 12. P. 2546–

Uotila P., Holland D. M., Morales Maqueda

M. A. et al. An energy-diagnostics intercomparison

of coupled ice-ocean Arctic models.

Ocean Modelling. 2006. Vol. 11, no. 1–2. P. 1–27.

Loehner R., Morgan K., Peraire J.,

Vahdati M., Finite element flux-corrected

transport (FEM-FCT) for the Euler and Navier-

Stokes equations. Int. J. Numer. Meth. Fluids.

Vol. 7. P. 1093–1109.

Danilov S., Wang Q., Timmermann R. et al.

Finite-element sea ice model (FESIM), version 2.

Geosci. Model Dev. 2015. Vol. 8. P. 1747–1761. doi:

5194/gmd-8-1747-2015

Wang Q., Danilov S., Sidorenko D. et al. The

finite element sea ice-ocean model (FESOM) v.1.4:

formulation of an ocean general circulation model.

Geosci. Model Dev. 2014. Vol. 7, no. 663–693. doi:

5194/gmd-7-663-2014

Flather R. A. A tidal model of the northwest

European continental Shelf. Memories de la

Societe Royale des Sciences de Liege. 1976. Vol. 6,

no. 10. P. 141–164.

Gent P. R., McWilliams J. C. Isopycnal

mixing in ocean circulation Models. J. Phys.

Oceanogr. 1990. Vol. 20, no. 1. P. 150–155.

Griffies S. M. The Gent-McWilliams skewflux.

J. Phys. Oceanogr. 1998. Vol. 28, no. 5.

P. 831–841.

Huang R. X. Real freshwater flux as a natural

boundary condition for the salinity balance and

thermohaline circulation forced by evaporation

and precipitation. J. Phys. Oceanogr. 1993.

Vol. 23. P. 2428–2446.

Iakovlev N. G. On the calculation of largescale

ocean currents in the ”velocity-pressure”

variables by the finite element method. Rus. J.

Numer. Anal. Math. Modelling. 1996. Vol. 11,

no. 5. P. 383–392.

Kantha L. H., Clayson C. A. An improved

mixed layer model for geophysical applications.

J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99, no. C12. P. 25235–

Marchesiello P., McWilliams J. C.,

Shchepetkin A. Open boundary conditions for

long-term integration of regional oceanic models.

Ocean Modelling. 2001. Vol. 3. P. 1–20.

Mellor G. L., Yamada T. Development of

a turbulence closure model for geophysical fluid

problems. Rev. Geophys. Spac. Phys. 1982.

Vol. 20, no. 4. P. 851–875.

Dyanskii N. A., Galin V. Ya., Gusev A. V. et al.

The model of the earth system developed at the

INM RAS. Rus. J. Numer. Anal. Math. Modelling.

Vol. 25, no. 5. P. 419–429.

Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R. et al.

The NCEP/NCAR 40-year reanalysis

project. Bull. Amer. Meteor. Soc. 1996.

Vol. 77. P. 437–470. doi: 10.1175/1520-

(1996)077<0437:TNYRP>2.0.CO;2

Neelov I. A., Savchuk O. P. 3-D IO RASAARI

coupled hydrodynamic-biogeochemical

model of the White sea; final report of INCOCopernicus

project "WHITESEA"ICA2-CT-

-10014: "Sustainable management of the

marine ecosystem and living resources of the

White sea". 2003.

Nurser A. J. G., Bacon S. The Rossby radius

in the Arctic ocean. Ocean Sci. 2014. Vol. 10, no. 6.

P. 967–975. doi: 10.5194/os-10-967-2014

Pacanowski R. C., Griffies S. M. The

MOM3 manual : Rep., NOAA Geophysical Fluid

Dynamics Laboratory. Princeton, USA, 1999.

p.

Padman L., Erofeeva S. A barotropic inverse

tidal model for the Arctic ocean. Geophysical

Research Letters. 2004. Vol. 31, no. 2. P. 383–392.

Parkinson C. L., Washington W. M. A largescale

numerical model of sea ice. J. Geophys. Res.

Vol. 84. P. 311–337.

Prange M. R. G. The role of surface

freshwater flux boundary conditions in Arctic

ocean modeling. Ocean Modelling. 2006. Vol. 13.

P. 25–43.

Ridders C. J. F. A new algorithm for

computing a single root of a real continuous

function. IEEE Transactions on Circuits and

Systems. 1979. Vol. CAS 26. P. 979.

Bitz C. M., Holland M. M., Weaver A. J.,

Eby M. Simulating the ice-thickness distribution

in a coupled climate model. J. Geophys. Res. 2001.

Vol. 106, no. C2. P. 2441–2463.

Vancoppenolle M., Fichefet T., Goosse H. et al.

Simulating the mass balance and salinity of Arctic

and Antarctic sea ice. 1. Model description and

validation. Ocean Modelling. 2009b. Vol. 27, no. 1–

P. 33–53. doi: 10.1016/j.ocemod.2008.10.005

Visbeck M., Marshall J., Haine T., Spall M.

Specification of eddy transfer coefficients in coarse

resolution ocean circulation models // J. Phys.

Oceanogr. 1997. Vol. 27. P. 381–402.

Filatov N., Pozdnyakov D., Johannessen O. M.

et al. White Sea. Its Marine Environment

and Ecosystem Dynamics Influenced by Global

Change. Springer-Praxis, 2005.

Zienkiewicz O. C., Taylor R. L. The finite

element method. 5th Ed. Oxford: Butterworth and

Heinemann, 2000. Vol. 3: Fluid dymanics. 306 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/mat397

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2016