Параметризация подсеточных процессов в моделях атмосферы и океана

Научный руководитель: Ирина Анатольевна Репина, д.ф.-м.н.

Физические и динамические процессы в Арктике в настоящее время воспроизводятся моделями атмосферы хуже, чем в средних широтах. Это объясняется, прежде всего, сравнительно небольшим пространственным и временным масштабом ряда погодообразующих явлений, таких как долгоживущий устойчивый пограничный слой атмосферы, оптически тонкие облака, а также быстрое формирование полярных циклонов. Подобные процессы в современных моделях описываются на основе параметризаций, не адаптированных к полярным регионам, что существенно ограничивает предсказуемость модели атмосферы в Арктике на всех временных масштабах. Поэтому важной задачей является разработка новых параметризаций, описывающих специфические обменные процессы в полярных регионах.

Изменение свойств подстилающей поверхности, связанное с изменением состояния ледяного покрова, существенно меняет интенсивность обмена энергии через границу раздела. В зависимости от наличия/отсутствия льда и состояния поверхности океана/льда (волнение, заснеженность, торосистость, наличие снежниц и проч.) величины турбулентных потоков между океаном и атмосферой могут меняться на порядок величины, что слабо учитывается в глобальных климатических моделях. Основная задача группы ИФА РАН: в рамках региональных численных экспериментов на атмосферных моделях с высоким пространственным разрешением, подкрепленных данными прямых измерений у поверхности земли и спутниковой информацией количественно исследовать изменчивость процессов у границы раздела «океан – атмосфера» и в приземном слое атмосферы с целью последующей разработки усовершенствованных параметризаций для дальнейшего включения в климатические модели.

Основные задачи:

Исследование существующих и разработка новых параметризаций процессов подсеточного масштаба в моделях атмосферы и океана.

  • Диагностические исследования на основе статистической обработки данных наблюдений и реанализа. Выполняется сравнительный анализ измеренных потоков тепла и импульса на границе «атмосфера – морской лед» для различных типов льда с данными реанализов и модельными расчетами с целью улучшения существующих параметризаций и их последующего включения в разрабатываемые компоненты модельного комплекса.

  • Разработка параметризаций энерго-, массо- и газообмена на границах «океан – атмосфера», «океан – морской лед», «морской лед – атмосфера» для различных условий.

  • Опытные численные прогнозы параметров атмосферы с заблаговременностью от суток до недели с помощью глобальной негидростатической модели и сравнение результатов этих прогнозов с наблюдениями.

  • Усовершенствование параметризаций энерогообмена на границе «водная толща – донные отложения» с целью учета взаимного влияния вечной мерзлоты и теплообмена через границу раздела вода – дно водоемов. Модифицированные параметризации будут включены в модель океана. На основе региональных численных экспериментов планируется получить оценку отклика гидрофизического и химико-биологического режимов арктических водоемов на возможные изменения регионального климата.

  • Анализ тенденций и значимости деградации вечной мерзлоты (в том числе и на арктических шельфах) для выделения метана в атмосферу, его вклада в баланс парниковых газов и, соответственно, в повышение приземной температуры воздуха.