О численном моделировании Белого моря

Илья Александрович Чернов, Алексей Владимирович Толстиков, Il’ya Chernov, Aleksey Tolstikov

Аннотация


Рассматривается опыт трехмерного численного моделирования термогидродинамических и биогеохимических процессов в Белом море при сотрудничестве нескольких институтов РАН и зарубежных коллег. Комплексная модель водоема JASMINE, основанная на модели Северного Ледовитого океана FEMAO, воспроизводит динамику вод и льда. Также модель включает в себя блок пелагических биогеохимических процессов BFM, который способен описывать потоки вещества между скалярными полями, соответствующими группам организмов или органическому и неорганическому веществу различных форм и фракций. Реализован обмен веществом и энергией с донными отложениями и морским льдом, имеется и блок экосистемы морского льда BFMSI. Возможен расчет переноса пассивных примесей произвольной природы. Изложена история развития модели, повышение пространственного разрешения, преодоленные сложности и нерешенные пока
проблемы. Обсуждается проблема граничных значений и возможность каскадного расчета, при котором грубые модели более крупных водоемов поставляют граничные данные более точным региональным моделям. В частности, уже реализовано взаимодействие между моделью Земной системы ИВМ РАН и JASMINE на кластере ИВМ РАН. Затронута системная проблема разработки сложных вычислительных систем в области наук о Земле: отсутствие документации и сообщества, а также зависимость проекта от работоспособности одного человека – автора модели. Описан прототип системы усвоения данных для модели, позволяющей корректировать фазовое состояние по данным наблюдений, в том числе станционных. Продемонстрированы возможности проведения численных экспериментов: перенос пассивной примеси с дельтаобразным начальным распределением, отклика моря на изменения климата, в частности на вариации речного стока, и другие применения модели для достижения более полного понимания процессов в Белом море.

Ключевые слова


численное моделирование; морские экосистемы; Белое море; биохимия льда; JASMINE

Полный текст:

PDF

Литература


Саркисян А. С., Залесный В. Б., Дианский Н. А., Ибраев Р. А., Кузин В. И., Мошонкин С. Н., Семенов Е. В., Тамсалу Р., Яковлев Н. Г. Математические модели циркуляции океанов и морей // Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования. Т. 2. Математическое моделирование. М.: Наука, 2005. C. 174–278.

Дианов М.Б., Котов С.В., Некрасов А.В., Бояринов П.М., Петров М.П. Результаты гидродинамического моделирования полусуточных приливов в Белом море // Петрозаводск: КФ АН СССР, 1990.

Доронин Ю.П. Моделирование гидрологических процессов шельфового моря // Гидрометеорология — научно-техническому прогрессу. Сборник научных трудов. Ленинград: ЛГИ, 1990. С.134-146.

Чернов И.А., Толстиков А.В., Яковлев Н.Г. Комплексная модель Белого моря: гидротермодинамика вод и морского льда // Труды КарНЦ РАН, №8, 2016, с. 116-128. DOI: 10.17076/mat397

Chernov I., Lazzari P., Tolstikov A., Kravchishina M., Iakovlev N. Hydrodynamical and biogeochemical spatiotemporal variability in the White Sea: A modeling study // Journal of Marine Systems. 2018. V. 187. Pp. 23-35. DOI: 10.1016/j.jmarsys.2018.06.006

Яковлев Н. Г. О воспроизведении полей температуры и солености Северного Ледовитого океана // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, 1. С. 100-116. DOI: 10.1134/S0001433812010136

Zdorovennov R. E., Nazarova L. E., Tolstikov A. V., Bashmachnikov I. L., Bobvlev L. P., Brizgalo V. A., Chernook V. V., Denisov V. V., Donchenko V. K., Druzhinin P. V., Evensen G., Filatov A. N., Ingebeikin J. I., Ivanov V. V., Johannessen O. M., Kaitala S., Korosov A. A., Krasnov J. V., Kuosa H., Leonov A. V., Litvinenko A. V., Makarevich P. R., Miles M. W., Melentvev V. V., Neelov I. A., Pettersson L. H., Pozdnyakov D. V., Rastoskuev V. V., Salo Yu. A., Savchuk O. P., Shalina E. V., Shavykin A. A., Stipa T., Stuliy A. N., Volkov V. A., Terzhevik A. Yu., Filatov N. N. White Sea. Its Marine Environment and Ecosystem Dynamics Influenced by Global Change. Springer-Verlag London Ltd, 2005. 444 p.

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

Родионов А. А., Семенов Е. В., Зимин А. В. Развитие системы мониторинга и прогноза гидрофизических полей морской среды в интересах обеспечения скрытности и защиты кораблей ВМФ // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, №2. С. 89-108.

Ионов В.В., Май Р.И., Смагин Р.Е. Численная гидродинамическая модель приливных явлений в губе Кереть (Кандалакшский залив, Белое море) // Известия РГО, 2015, Т. 147, вып. 2, с. 22-37.

Chernov I., Tolstikov A. The White Sea: Available Data and Numerical Models // Geosciences; 2020,10, 463; DOI: 10.3390/geosciences10110463.

Sakov P., Evensen G., Bertino L. Asynchronous data assimilation with the EnKF // Tellus Ser A.. 2010. V. 62A. Pp 24-29. DOI: 10.1111/j.1600-0870.2009.00417.x

Mussap G., Zavatarell, M. A numerical study of the benthic pelagic coupling in a shallow shelf sea (gulf of Trieste) // Regional Studies in Marine Science. 2017. V. 9. Pp. 24–34. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rsma.2016.11.002

Soetaert K., Middelburg J. J., Herman P. M.,Buis K. On the coupling of benthic and pelagic biogeochemical models // Earth-Science Reviews. 2000. V. 51, №1-4. Pp. 173–201. DOI: https://doi.org/10.1016/S0012-8252(00)00004-0

Perezhogin P., Chernov I., Iakovlev N. Advanced parallel implementation of the coupled ocean–ice model FEMAO (version 2.0) with load balancing // Geosci. Model Dev.. 2021. V. 14, 843–857. DOI: https://doi.org/10.5194/gmd-14-843-2021

Математическое моделирование Земной системы / Володин Е.М., Галин В.Я., Грицун А.С. и др. Под ред. Яковлева Н.Г. - М.: МАКС Пресс, 2016.- 328 с.

Lazzari P., Álvarez E., Terzi E., Cossarini G., Chernov I., D’Ortenzio F., Organelli E. CDOM Spatiotemporal Variability in the Mediterranean Sea:A Modelling Study // J.Marine Science and Engineering. 2021. V. 9. №. 176. Pp. 1-18. DOI: https://doi.org/10.3390/jse9020176

Tedesco L., Vichi M. Sea ice biogeochemistry: A guide for modellers. 2014. PloS one. V. 9(2). e89217. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0089217




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/them1418

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019