Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг.
Для проверки модели проведен численный прогностический эксперимент с реальным атмосферным воздействием для периода 2007 – 2008 гг. Результаты расчетов сопоставлялись с данными наблюдений, которые включали спутниковую температуру поверхности моря и данные буёв-профилемеров ARGO. Анализ профилей темпе...
Saved in:
| Published in: | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56930 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. / С.Г. Демышев, О.А. Дымова // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 156-160. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860141270569058304 |
|---|---|
| author | Демышев, С.Г. Дымова, О.А. |
| author_facet | Демышев, С.Г. Дымова, О.А. |
| citation_txt | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. / С.Г. Демышев, О.А. Дымова // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 156-160. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| description | Для проверки модели проведен численный прогностический эксперимент с реальным атмосферным воздействием для периода 2007 – 2008 гг. Результаты расчетов сопоставлялись с данными наблюдений, которые включали спутниковую температуру поверхности моря и данные буёв-профилемеров ARGO. Анализ профилей температуры при сравнении с данными буёв-профилемеров ARGO показал, что в верхнем перемешанном слое наблюдаются наибольшие отличия между значениями температуры, с глубиной разница между модельными и натурными данными уменьшается. Расчетные значения солености соответствуют данным наблюдений по всей глубине. Ниже 300 м рассчитанные температура и соленость практически не отличаются от измеренных значений.
Для перевірки моделі проведено чисельний прогностичний експеримент з реальним атмосферним впливом для періоду 2007 – 2008 рр. Результати розрахунків зіставлялися з даними спостережень, які включали супутникову температуру поверхні моря і дані буїв-профілемеров ARGO. Аналіз профілів температури при порівнянні з даними буїв-профілемеров ARGO показав, що у верхньому перемішаному шарі спостерігаються найбільші відмінності між значеннями температури, з глибиною різниця між модельними і натурними даними зменшується. Розрахункові значення солоності відповідають даним спостережень по всій глибині. Нижче 300 м розраховані температура і солоність практично не відрізняються від виміряних значень.
The prognostic numerical experiment with real atmospheric forcing for the period 2007 – 2008 was carried out for testing model. The results were compared with observations which contained the sea surface temperature and the data from buoys ARGO. Analysis of the temperature profiles shown that the greatest differences between the temperature values were obtained in the upper mixing layer. The difference between the model and the measured data was decreased with depth. Calculated values of salinity are consistent with observations over the entire depth. 300 m below the calculated temperature and salinity differ a little from measured values.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:49:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
156
УДК 5 3 2 .5 9
С .Г .Демышев , О .А .Дымова
Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь
ТЕСТИРОВАНИЕ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ МГИ НАН УКРАИНЫ
НА ОСНОВЕ ПРОГНОСТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЦИРКУЛЯЦИИ
ЧЕРНОГО МОРЯ В ПЕРИОД 2007 – 2008 ГГ.
Для проверки модели проведен численный прогностический эксперимент с ре-
альным атмосферным воздействием для периода 2007 – 2008 гг. Результаты расче-
тов сопоставлялись с данными наблюдений, которые включали спутниковую тем-
пературу поверхности моря и данные буёв-профилемеров ARGO. Анализ профилей
температуры при сравнении с данными буёв-профилемеров ARGO показал, что в
верхнем перемешанном слое наблюдаются наибольшие отличия между значениями
температуры, с глубиной разница между модельными и натурными данными
уменьшается. Расчетные значения солености соответствуют данным наблюдений
по всей глубине. Ниже 300 м рассчитанные температура и соленость практически
не отличаются от измеренных значений.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Черное море, циркуляция, численное моделирование, темпе-
ратура, соленость, данные измерений.
Постановка задачи. С помощью численной нелинейной термогидро-
динамической модели МГИ НАНУ [1] проведен прогностический экспери-
мент без ассимиляции данных наблюдений с реальным атмосферным воз-
действием на период с 1 января 2007 г. по 31 декабря 2008 г. Расчет был
выполнен при следующих условиях. В начальный момент времени исполь-
зованы трехмерные поля температуры, солености, горизонтальных скоро-
стей течений и уровень, соответствовавшие 31 декабря 2006 г. На поверхно-
сти моря каждые сутки задавались поля тангенциального напряжения тре-
ния ветра, потоки тепла, осадки и испарение. При проведении расчетов гра-
ничные поля линейно интерполировались на каждый момент времени. Для
задания температуры, солености и скорости в устьях рек и проливах ис-
пользовались климатические данные. В расчете принималось, что в верхне-
босфорском течении температура и соленость та же, что и в море; в нижне-
босфорском потоке соленость равнялась 35 ‰ и температура 16º С, что со-
ответствует характеристикам вод Мраморного моря. Коэффициенты турбу-
лентности по вертикали вычислялись в соответствии с параметризацией
Меллора-Ямады 2.5 [2]. Коэффициенты горизонтальной турбулентной вяз-
кости и горизонтальной турбулентной диффузии равны соответственно:
14161417
ссм10,ссм10 −− == HH κν .
Расчеты проводились на горизонтальной сетке 5 × 5 км (238 × 132 точ-
ки), по вертикали использовалось 38 горизонтов, шаг по времени равнялся
5 мин. Интегрирование проводилось до 31 декабря 2008 г. В результате
численного эксперимента были получены трехмерные поля термогидроди-
намических характеристик на каждые сутки периода с 1 января 2007 г. по
31 декабря 2008 г.
С .Г .Демышев , О .А .Дымова , 2013
157
Спутниковая температура поверхности моря (SST). В банке данных
МГИ НАНУ имеются данные о температуре поверхности моря, полученные
со спутников NOAA. Так как значения SST по объективным причинам от-
сутствуют для каждой точке модельной сетки, то сопоставление спутнико-
вой и модельной температуры проводилось в точках, где имелись также
данные о температуре поверхности, полученные при помощи дрейфующих
буёв с термокосой [3]. Рассмотрены данные за период с 15 сентября 2007 г.
по 7 декабря 2007 г., все измерения выполнены в районе ОЧТ. В каждой
точке, где проводились замеры, рассчитаны разницы между дрифтерными
(ВТС), модельными (Mod) и спутниковыми (SST) данными. Результаты по-
казаны на рис.1. Видно, что спутниковая и дрифтерная температура (крас-
ная кривая) хорошо согласуется между собой: в среднем разница составляет
0,5º С, а СКО – 0,4 – 0,5º С. Значения невязки между ВТС-Mod (синяя кри-
вая) и SST-Mod (зеленая кривая) в основном отрицательны, следовательно,
модельная температура превышает как спутниковую, так и дрифтерную
температуру. СКО модельных данных от спутниковых и дрифтерных равно
≈1,3º С. Для дрифтера № 33137 (рис.1, а) максимальне отклонения модель-
ной температуры соответствуют 28 – 29 сентября 2007 г. В это время
дрифтер двигался вдоль свала глубин в западной части моря и в поле
SST наблюдалась зона более холодных вод. Можно предположить мо-
дель не воспроизвела подъем холодных вод с нижележащих слоев, по-
этому модельная температура в слое 20 – 40 м значительно завышена
по сравнению с данными дрейфующего буя. Для дрифтера № 13480
(рис.1, б) наибольшие значения невязки соответствуют 19 октября 2007 г.
В это время дрифтер попал в антициклонический круговорот – область, кото-
рая характеризуется опусканием поверхностных вод. После 22 ноября 2007 г.
(начиная с 338 точки) дрифтер двигался вдоль Анатолийского побережья ме-
жду 32º и 38º в.д. Из рис.1, б видно, что разница между модельными значе-
ниями температуры и данными наблюдений уменьшается, что свидетельству-
ет о высоком качестве получаемых результатов для прибрежных зон моря.
По картам SST были выявлены нетипичные особенности температурно-
го режима Черного моря и проверялась способность модели воспроизводить
аномалии температуры. Для этого были построены пространственные рас-
пределения модельных значений температуры на верхнем расчетном гори-
а б
Р и с . 1 . Разница между (ВТС-SST), (ВТС-Mod) и (SST-Mod) на поверхности моря
по данным буёв № 33137 (а) и № 13480 (б).
158
а б
Р и с . 2 . Температура поверхности моря 8 июля 2008 г. по модельным (а) и
спутниковым (б) данным.
зонте и проведено сравнение с полями SST. Выявлено, что качественно мо-
дель воспроизводит апвеллинги, подъемы вод в циклонах и другие особен-
ности. Однако количественные характеристики расходятся для различных
ситуаций. В качестве примера на рис.2 представлены поля температуры по-
верхности моря, полученные по модели и по данным спутника. На обеих
картах наблюдается апвеллинг у берегов Крыма и на северо-западе, но если
по модельным данным температура там изменяется примерно от 15 до 17º С
(рис.2, а), то по спутниковым – от 18 до 20º С (рис.2, б). При этом следует
учесть, что модельные данные представлены в верхнем расчетном боксе,
толщина которого составляет 2,5 м.
Данные буёв-профилемеров ARGO. Вдоль траекторий движения че-
тырех буёв-профилемеров ARGO [4] были построены профили модельных
температуры и солености, временные ряды их разницы и среднеквадратиче-
ских отклонений на характерных горизонтах: 3 м – поверхность моря,
верхний перемешанный слой, 50 м – нижняя граница верхнего пере-
мешанного слоя, холодный промежуточный слой, 150 м – слой по-
стоянного пикноклина, 300 м – нижняя граница слоя постоянного
пикноклина, 1000 м – глубинные воды.
Рассмотрим результаты сравнения данных по температуре. На рис.3
представлены временные ряды невязки температуры и СКО на горизонте 5
и 300 м. Верхний перемешанный слой отличается наибольшими расхожде-
ниями значений температуры. В большинстве случаев (рис. 3, а) модельная
температура превышает измеренные значения: средняя по времени невязка
положительна. С января по май 2007 г. наблюдаются минимальные расхож-
дения между натурными и модельными результатами. Отметим, в этот пе-
риод траектории буёв №№ 4900489 и 4900542 проходили близко к берегу в
юго-восточной части моря, что свидетельствует о репрезентативности мо-
дели в мелководных районах.
Летом 2007 г. для буёв №№ 4900489 и 4900540 наблюдаются макси-
мальные отличия в верхнем перемешанном слое. Однако, анализ вертикаль-
ных профилей температуры, а также сопоставление с картами SST позволяет
отнести эти отклонения к ошибке измерений. Если исключить заведомо
ошибочные значения, то разница температур изменяется в пределах 4 –
5º С. С глубиной отличия уменьшаются: на горизонте 50 м невязки темпе-
ратуры лежат в интервале – 1,5 – 2º С, на 150 м – от – 0,2 до 0,2º С. Таким
образом, в глубоководной части моря модель воспроизводит температуру
вод моря в соответствии с данными наблюдений (рис.3, б).
159
а б
Р и с . 3 . Временные ряды невязок температуры и СКО на горизонте 3 (а) и 300 м (б).
Аналогичный анализ был проведен и для солености. Сравнение рассчи-
танных и натурных профилей показало, что модель лучше воспроизводит со-
леность, чем температуру, т.к. максимальные отличия по всей глубине не пре-
вышают 1,5‰. В верхнем перемешанном слое модельные данные хорошо со-
ответствуют данным наблюдений, модельная соленость отличается от изме-
ренной в среднем на 0,5 ‰, СКО 0,4 ‰. Наибольшая разница между данными
выявлена в слое 50 – 150 м. Временные ряды разницы между модельной и из-
меренной соленостью и СКО представлены на рис.4 для горизонтов 50 и 150 м.
Из рис.4, а видно, что на глубине 50 м значительная изменчивость не-
вязки наблюдается для данных, полученных с буя № 4900540 (синяя кривая)
с конца ноября 2007 г. по февраль 2008 г. В это время траектория дрифтера
проходила вдоль струи ОЧТ в северо-восточной части моря. Интенсифика-
ция ОЧТ в холодный сезон приводит к формированию фронтальных зон в
полях температуры и солености и при попадании буя во фронтальную зону
возрастают ошибки моделирования. В слое постоянного пикноклина расхо-
ждение между модельными и натурными данными минимально, за исключе-
нием значений, полученных с буя № 4900542 (рис.4, б фиолетовая кривая) с
марта по апрель 2008 г., когда его траектория проходила в юго-западном углу
моря – зоне интенсивной мезомасштабной изменчивости. С увеличением
глубины разница между модельными и измеренными значениями солености
уменьшается и на горизонтах ниже 300 м данные практически совпадают.
а б
Р и с . 4 . Временные ряды невязок солености и СКО на горизонте 50 (а) и 150 м (б).
160
Выводы. Проведен численный прогностический эксперимент на 2007 –
2008 гг. Модель адекватно воспроизводит известные пространственные
особенности циркуляции Черного моря и сезонную изменчивость термоха-
линных полей. На вертикальных разрезах в поле температуры холодный
промежуточный слой прослеживается в течение всего года. Вблизи запад-
ного и восточного материковых склонов его границы несколько заглублены.
В целом изменчивость глубины залегания ХПС хорошо отвечает данным
наблюдений. Проведено сравнение модельных профилей температуры и
солености с данными наблюдений, их изменчивости со временем на харак-
терных горизонтах, построены временные ряды средних и среднеквадрати-
ческих отклонений. Анализ показал, что модельная температура на поверх-
ности моря завышена по сравнению со спутниковой и полученной с дрей-
фующих буев в среднем на 2 ºС, особенно в области свала глубин в северо-
западной части моря. В теплое время года модельные профили температуры
отвечают данным ARGO, в холодное – в верхнем 100-м слое данные отли-
чаются. Модельные значения солености соответствуют данным наблюдений
по всей глубине. Ниже 300 м рассчитанные температура и соленость прак-
тически не отличаются от измеренных значений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Демышев С.Г., Коротаев Г.К. Численная энергосбалансированная модель барок-
линных течений океана на сетке С / Численные модели и результаты калибровоч-
ных расчетов течений в Атлантическом океане.– M.: ИВМ РАН, 1992.– С.163-231.
2. Mellor G.L., Yamada T. Development of a turbulence closure model for geophysical
fluid problems // Rev. Geophys. Space Phys.– 1982.– v.20, № 4.– Р.851-875.
3. Толстошеев А.П., Коротаев Г.К., Лунев Е.Г. Термопрофилирующий дрейфую-
щий буй // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и ком-
плексное использование ресурсов шельфа.– Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизи-
ка, 2005.– вып.11.– С.143-154.
4. http://www.argo.ucsd.edu
Материал поступил в редакцию 2 5 .0 8 .20 1 3 г .
АНОТАЦIЯ Для перевірки моделі проведено чисельний прогностичний експери-
мент з реальним атмосферним впливом для періоду 2007 – 2008 рр. Результати розра-
хунків зіставлялися з даними спостережень, які включали супутникову температуру
поверхні моря і дані буїв-профілемеров ARGO. Аналіз профілів температури при по-
рівнянні з даними буїв-профілемеров ARGO показав, що у верхньому перемішаному
шарі спостерігаються найбільші відмінності між значеннями температури, з глиби-
ною різниця між модельними і натурними даними зменшується. Розрахункові зна-
чення солоності відповідають даним спостережень по всій глибині. Нижче 300 м роз-
раховані температура і солоність практично не відрізняються від виміряних значень.
ABSTRACT The prognostic numerical experiment with real atmospheric forcing for the
period 2007 – 2008 was carried out for testing model. The results were compared with
observations which contained the sea surface temperature and the data from buoys ARGO.
Analysis of the temperature profiles shown that the greatest differences between the tem-
perature values were obtained in the upper mixing layer. The difference between the
model and the measured data was decreased with depth. Calculated values of salinity are
consistent with observations over the entire depth. 300 m below the calculated tempera-
ture and salinity differ a little from measured values.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56930 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1726-9903 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:49:37Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Демышев, С.Г. Дымова, О.А. 2014-03-01T14:02:23Z 2014-03-01T14:02:23Z 2013 Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. / С.Г. Демышев, О.А. Дымова // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 156-160. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1726-9903 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56930 532.59 Для проверки модели проведен численный прогностический эксперимент с реальным атмосферным воздействием для периода 2007 – 2008 гг. Результаты расчетов сопоставлялись с данными наблюдений, которые включали спутниковую температуру поверхности моря и данные буёв-профилемеров ARGO. Анализ профилей температуры при сравнении с данными буёв-профилемеров ARGO показал, что в верхнем перемешанном слое наблюдаются наибольшие отличия между значениями температуры, с глубиной разница между модельными и натурными данными уменьшается. Расчетные значения солености соответствуют данным наблюдений по всей глубине. Ниже 300 м рассчитанные температура и соленость практически не отличаются от измеренных значений. Для перевірки моделі проведено чисельний прогностичний експеримент з реальним атмосферним впливом для періоду 2007 – 2008 рр. Результати розрахунків зіставлялися з даними спостережень, які включали супутникову температуру поверхні моря і дані буїв-профілемеров ARGO. Аналіз профілів температури при порівнянні з даними буїв-профілемеров ARGO показав, що у верхньому перемішаному шарі спостерігаються найбільші відмінності між значеннями температури, з глибиною різниця між модельними і натурними даними зменшується. Розрахункові значення солоності відповідають даним спостережень по всій глибині. Нижче 300 м розраховані температура і солоність практично не відрізняються від виміряних значень. The prognostic numerical experiment with real atmospheric forcing for the period 2007 – 2008 was carried out for testing model. The results were compared with observations which contained the sea surface temperature and the data from buoys ARGO. Analysis of the temperature profiles shown that the greatest differences between the temperature values were obtained in the upper mixing layer. The difference between the model and the measured data was decreased with depth. Calculated values of salinity are consistent with observations over the entire depth. 300 m below the calculated temperature and salinity differ a little from measured values. ru Морський гідрофізичний інститут НАН України Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. Article published earlier |
| spellingShingle | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. Демышев, С.Г. Дымова, О.А. Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга |
| title | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. |
| title_full | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. |
| title_fullStr | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. |
| title_full_unstemmed | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. |
| title_short | Тестирование численной модели МГИ НАН Украины на основе прогностического расчета циркуляции Черного моря в период 2007 – 2008 гг. |
| title_sort | тестирование численной модели мги нан украины на основе прогностического расчета циркуляции черного моря в период 2007 – 2008 гг. |
| topic | Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга |
| topic_facet | Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56930 |
| work_keys_str_mv | AT demyševsg testirovaniečislennoimodelimginanukrainynaosnoveprognostičeskogorasčetacirkulâciičernogomorâvperiod20072008gg AT dymovaoa testirovaniečislennoimodelimginanukrainynaosnoveprognostičeskogorasčetacirkulâciičernogomorâvperiod20072008gg |