Обработка и анализ натурных и модельных данных

Научный руководитель: Владимир Владимирович Иванов, д.ф.-м.н.

Рисунок 1. Временные ряды распространения льда (граница ледяного покрова со сплоченностью 15%) зимой (синий) и летом (красный) в процентах от среднего распространения в 1979-2000 гг.

Рисунок 1. Временные ряды распространения льда (граница ледяного покрова со сплоченностью 15%) зимой (синий) и летом (красный) в процентах от среднего распространения в 1979-2000 гг.

Основной задачей этого направления исследований является обобщение имеющейся и вновь получаемой натурной и модельной информации о параметрах среды в Арктике, с целью создания (уточнения существующих) рабочих гипотез для тестирования в численных моделях.

Актуальность исследований. Отличительной особенностью последнего десятилетия стало резкое уменьшение летнего распространения льда (рис. 1), что повлекло возрастание сезонности арктического ледяного покрова (рис. 2).

Обширные акватории Северного Ледовитого океана, круглогодично покрытые дрейфующим льдом в 20-м веке, все чаще оказываются свободными ото льда к концу летнего сезона с начала 2000-х годов. Сравнение летней площади ледяного покрова в широтных зонах 60-75ºс.ш. и 75-90ºс.ш. указывает на то, что ускоренное отступление летней ледовой кромки в 2000-е годы связано с интенсивным освобождением ото льда приполюсной зоны, тогда как в субполярном широтном поясе радикальных изменений по сравнению с предшествующим годами не произошло (рис. 3).

Рисунок 2. Максимальное (голубой цвет) и минимальное (розовый цвет) летнее распространение льда в СЛО осредненные за период 1979-2000 гг. (а), в 2007 г. (б) и в 2012 г. (в).

Рисунок 2. Максимальное (голубой цвет) и минимальное (розовый цвет) летнее распространение льда в СЛО осредненные за период 1979-2000 гг. (а), в 2007 г. (б) и в 2012 г. (в).

Следствием произошедших сдвигов в состоянии арктического ледяного покрова могут стать радикальные изменения в структуре вод и течений Северного Ледовитого океана, а также в характере арктической атмосферной циркуляции, составляющими взаимосвязанную систему. Сложные прямые и обратные связи в этой системе могут быть изучены только путем целенаправленного воспроизведения наблюдаемых в природе процессов методами математического моделирования. Для постановки модельного эксперимента и интерпретации получаемых результатов необходимо предварительно сформулировать рабочую гипотезу, основанную на физической теории и подкрепленную доступными данными наблюдений. Таким образом, математическое моделирование выступает в качестве основного рабочего инструмента для количественного описания природных процессов, требующего с одной стороны «настройки» через данные наблюдений, а с другой – оценки соответствия через сравнение с основными положениями рабочей гипотезы. Результатом такого сравнения может стать как корректировка рабочей гипотезы, так и модификация математической модели.

Краткое описание выполняемых исследований. В соответствии с описанным методическим подходом и заявленным планом работ участники научной группы ведут исследования в части трех концептуальных задач лаборатории:

Рисунок 3. Среднее соотношение между площадью ледяного покрова и открытой воды в 1979-2000 гг. (а) и 2007-2012 гг. (б).

Рисунок 3. Среднее соотношение между площадью ледяного покрова и открытой воды в 1979-2000 гг. (а) и 2007-2012 гг. (б).

  • Диагноз современного состояния компонент арктической системы на основе статистической обработки данных наблюдений и реанализа.

  • Анализ внутригодовой и межгодовой (на масштабе до декады) изменчивости состояния океана, атмосферы и морского льда Северного Ледовитого океана.

  • Исследование обратных связей в системе «атмосфера – морской лед – океан» на внутрисезонном, сезонном и межгодовом временном масштабе с целью выявления возможного прогностического потенциала.

В числе конкретных задач на 2015 год запланировано выполнить:

  • Анализ осредненных по пространству временных рядов сплоченности морского льда, температуры поверхности океана, температуры поступающей через пролив Фрама и Баренцево море Атлантической воды и метеорологических параметров приземного слоя воздуха с целью поиска статистически-значимых зависимостей для российской Арктики;

  • Совместный анализ доступных данных наблюдений и результатов модельных расчетов для детального описания распространения различных мод временной изменчивости (сезонной, межгодовой) вдоль траектории движения Атлантической воды;

  • Оценка прогностического потенциала информации о пространственной изменчивости амплитуды и фазы сезонных колебаний температуры Атлантической воды для сезонного прогноза ледовитости и толщины льда в приатлантической Арктике.

  • Теоретическое исследование эффектов нестационарного тепломассопереноса в прибрежной зоне на границе «вода – дно/берег» при наличии мерзлоты.