Семинар «Суперкомпьютерное моделирование климатической системы»

Московский Центр фундаментальной и прикладной математики

22 апреля 2020
—
22 апреля 2020
17:30

Online-платформа Zoom

Руководитель семинара: В.А. Садовничий, академик, ректор Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Соруководители семинара:

Вильфанд Р.М., д.т.н., научный руководитель Гидрометцентра России
Добролюбов С.А., чл.-корр. РАН, декан Географического факультета МГУ
Лыкосов В.Н., чл.-корр. РАН, гл.н.с. Института вычислительной математики РАН, зав. лабораторией суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов НИВЦ МГУ
Степаненко В.М., д.ф.-м.н., зам. директора НИВЦ МГУ

Ученый секретарь семинара: Мортиков Е.В., к.ф.-м.н., н.с. НИВЦ МГУ

ПРОГРАММА СЕМИНАРА

17:30

Платов Г.А.	Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
Крупчатников В.Н.	Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
Голубева Е.Н.	Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
Боровко И.В.	Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПОНЕНТ КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ АРКТИКИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Одной из проблем, стоящих перед современной наукой, является оценка будущих изменений климата и их последствий для окружающей среды. Экосистемы Сибири и Арктического побережья восточной России наиболее чувствительны к изменению климата и к антропогенным воздействиям. Наиболее заметными последствиями климатических изменений в Арктике является таяние морского льда, деградация многолетнемерзлых толщ, приводящая к разрушению инфраструктуры полярных регионов, миграция на север границы лесной растительности. Оттаивание как материковой, так и шельфовой мерзлоты сопровождается выбросами в атмосферу парниковых газов и окислением вод Северного Ледовитого океана. Для анализа последствий климатоэкологических изменений в этом регионе необходимо изучение физических механизмов, определяющих состояние многокомпонентной климатической системы. Для получения оценок возможных изменений природной среды в мире широко используются физико-математические модели, прогнозирующие будущее состояние компонентов климатоэкологической системы на основе сценарных расчетов.

В ИВМиМГ СО РАН разработан программный комплекс [1], включающий ряд моделей компонент климатической системы, связанных посредством специального блока взаимодействия. Атмосферный блок представляют численные модели атмосферы PlaSim [2] и, в перспективе, INMCM [3], включающие также блоки суши и растительности. Океан представлен системой вложенных моделей океана различного разрешения и уровня параметризации физических процессов, включая модель SibCIOM в приложении к Мировому океану [4] и к Северному Ледовитому океану и Северной Атлантике [5], а также модель SibPOM в применении к ряду окраинных морей России [6] с учетом морского льда (CICE-3, LANL) и речного стока.

В докладе обсуждаются результаты численного моделирования. Анализ динамики ледового поля Арктики показал, что одним из наиболее эффективных факторов, способствующих редукции морского льда, являются процессы с временным масштабом атмосферных блоков [7]. При рассмотрении термодинамических процессов мы пришли к выводу, что наиболее значительные изменения в связи с климатическим трендом в поле льда происходят вследствие изменений, вызванных потоками длинноволнового излучения. При увеличении приземной температуры растет влажность воздуха вблизи поверхности океана, а в результате более значительная часть излученной поверхностью длинноволновой радиации отражается влажным воздухом обратно, создавая подобие парникового эффекта. Кроме того, установлена взаимосвязь основных структур атмосферной циркуляции с формированием и редукцией льда, включая возможные обратные связи, на основе ЕОФ анализа выявлены тенденции изменчивости атмосферного форсинга и степень его влияние на систему океан-лед [6,7,8].

Обсуждаются также некоторые аспекты роста устойчивых режимов циркуляции в средних широтах, рассмотрены такие режимы, как стационарные волновые структуры и блокинги и как они могут меняться в условиях изменения климата [9]. Арктическое потепление рассматривается как один из нескольких факторов, влияющих на динамику атмосферы. В средних широтах долговременные экстремальные явления, блоки, обычно связаны с сохранением определенных режимов циркуляции и экстремальные явления также часто связаны с такими режимами. Блоки часто проявляют большую антициклоническую аномалию и обращают зональное течение так, что в некоторой части заблокированной области появляются восточные ветры, а обычный западный поток прерывается на длительный период (неделя или дольше), эти события часто связаны с экстремальной погодой.

________________________________________

[1] Platov G., V Krupchatnikov, Y Martynova, I Borovko and E Golubeva (2017) A new earth’s climate system model of intermediate complexity, PlaSim-ICMMG-1.0: description and performance // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 96 012005
[2] Borovko I.V., Krupchatnikov V.N., Responses of the Hadley cell and extratropical troposphere stratification to climate changes simulated with a relatively simple general circulation model // Numerical Analysis and Applications. 2015. Т. 8. № 1. С. 23-34.
[3] Дымников В.П., Лыкосов В.Н., Володин Е.М., Математическое моделирование динамики земной системы // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 3. С. 260.
[4] Голубева Е.Н., Иванов Ю.А., Кузин В.И., Платов Г.А., Численное моделирование циркуляции Мирового океана с учетом верхнего квазиоднородного слоя // Океанология. 1992. Т. 32. № 3. С. 295.
[5] Голубева Е.Н., Платов Г.А., Якшина Д.Ф., Численное моделирование современного состояния вод и морского льда Северного Ледовитого океана // Лед и снег. 2015. № 2 (130). С. 81-92.
[6] Платов Г. А., Голубева Е. Н. Взаимодействие плотных шельфовых вод Баренцева и Карского морей с вихревыми структурами // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 6. С. 549–571. doi:10.22449/0233-7584-2019-6-549-571
[7] Platov, G.A., Golubeva, E.N., Kraineva, M.V., Malakhova V.V. Modeling of climate tendencies in Arctic seas based on atmospheric forcing EOF decomposition. Ocean Dynamics 69, 747–767 (2019). doi: 10.1007/s10236-019-01259-1
[8] Platov G, V Krupchatnikov, and I Borovko (2019) A study of feedbacks and the formation of climate trends in the Arctic climate system // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, Vol.386 012004, doi: 10.1088/1755-1315/386/1/012004
[9] Borovko I.V., Krupchatnikov V.N. (2019) On the polar vortex streamer dynamics // Bull. Nov. Comp. Center, Num. Model. in Atmosph., etc., Vol. 17, P. 1–8