Том 50, № 5 (2023)

С помощью численного моделирования и данных реанализа исследованы некоторые взаимодействия компонентов климатической системы в Арктике в условиях потепления климата. При анализе данных и результатов численных экспериментов использовался метод разложения полей характеристик состояния среды по естественным ортогональным функциям. Выявлены тенденции изменения атмосферного воздествия на систему океан–лед в период потепления и их связь с тенденциями будущих проекций потепления в рамках наиболее жесткого сценария RCP 8.5 в проекте CMIP-5. Кроме того, с помощью численного моделирования выявлена 44-летняя периодичность в системе взаимодействия общей циркуляции Северного Ледовитого океана и теплосодержания слоя Атлантических вод в нем, которая может быть связана с Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляцией.

Выполнены модельные оценки изменений фактического испарения бореальных лесов таежной зоны Европейской части России, обусловленные эволюцией климата в XXI в. Прогноз изменений климата выполнен на основе расчетных данных региональной климатической модели ГГО. Пространственная и временнáя детализация прогностических данных проводилась с помощью модели атмосферного пограничного слоя. Исследовались вариации прогнозируемых изменений, обусловленные использованием разных методов расчета испарения. Расчеты на основе дополнительного (взаимодополняющего) соотношения, определяющего фактическое испарение с использованием стандартных метеорологических параметров, сопоставляются с наблюдениями и расчетами на основе детальной модели энергопереноса в лесном массиве. Модельные значения фактического испарения в XXI в. увеличиваются на всей территории Европейской части России. Анализируется влияние интенсивности засушливых периодов на эволюцию фактического испарения. Показано, что, несмотря на увеличение аридности климата, влияние засушливых периодов на таежные леса будет умеренно негативным.

Представлен обзор результатов оценки влажности поверхности почвы, ее влагозапасов и эвапотранспирации как элементов водного и теплового режимов участков поверхности суши различных пространственных масштабов при использовании данных дистанционного зондирования Земли разных спектральных диапазонов. В большинстве приводимых примеров такие оценки были получены с помощью моделей взаимодействия земной поверхности с атмосферой. Отдельный раздел посвящен результатам расчета влажности поверхности почвы и влагозапасов при использовании спутниковой информации микроволнового диапазона, в том числе данных радаров. Приведены результаты оценки влажности поверхности почвы с помощью нейронных сетей. Кратко описаны международные гидролого-атмосферные эксперименты, проводившиеся в рамках всемирных исследовательских проектов с целью получения информации о процессах влаго- и теплообмена между подстилающей поверхностью и приземным слоем атмосферы. Сделан обзор баз наземных, спутниковых и модельных данных, формировавшихся по результатам исследований по описанной тематике с середины 1980-х гг. Представлены перспективы дальнейших исследований, опирающихся на разработку новой мультиспектральной аппаратуры, создание новых баз данных и использование нового поколения спутников – микросателлитов глобального покрытия с датчиками высокого разрешения.

По результатам измерений характеристик атмосферной турбулентности получены параметризации для расчета динамического параметра шероховатости и параметров шероховатости для температуры и влажности для мелкого замкнутого водоема. При средних скоростях ветра расчеты по формуле Чарнока соответствуют результатам наблюдений, при этом параметр Чарнока в три раза выше, чем в условиях открытого океана, и переход от вязкого механизма к волновому происходит при больших скоростях ветра, а параметр динамической шероховатости при тех же скоростях ветра больше. Параметры шероховатости для температуры и влажности при скорости ветра от 0.5 до 3 м/с не равны друг другу. Эмпирические коэффициенты в уравнениях, представляющих отношение динамической шероховатости к параметру шероховатости для температуры (влажности) от числа Рейнольдса, близки к полученным ранее для других замкнутых водоемов, что свидетельствует о едином механизме формирования процессов переноса в вязком подслое. Полученные параметризации могут быть использованы в моделях Земной системы и озерных моделях для расчета турбулентных потоков над водными объектами суши.

Представлены результаты численного расчета методом Implicit Large Eddy Simulation подледной радиационно-генерированной конвекции, развивающейся в покрытых льдом водоемах умеренной зоны в конце периода ледостава. Важность изучения радиационно-генерированной конвекции обусловлена ролью, которую играет этот феномен в температурном режиме озер и функционировании озерных экосистем в конце периода ледостава. Моделирование проведено с использованием конечно-объемного программного кода SINF/Flag-S, разработанного в СПбПУ. В расчетах использовался алгоритм SIMPLEC со вторым порядком точности по времени. Дискретизация конвективных слагаемых выполнена с использованием схемы QUICK. В результате расчетов изучено изменение температуры и пульсационных компонент скорости с периодически изменяющейся интенсивностью внешней накачки энергии в течение суточного цикла. Проведены оценки диссипации кинетической энергии, базовой потенциальной энергии, потока плавучести, а также рассчитано изменение этих величин в течение суточного цикла радиационного воздействия. Оценена эффективность перемешивания столба воды при развитии радиационно-генерированной конвекции в расчетной области, имитирующей малое озеро, покрытое льдом.