Влияние различных гидрометеорологических факторов на амплитуду суточного хода температуры вод Черного моря по данным дистанционного зондирования и численного моделирования

Суточный ход температуры является одним из важнейших параметров поверхностного слоя вод Мирового океана. Суточные колебания температуры вод приповерхностного слоя вносят существенный вклад в турбулентный обмен теплом и импульсом между океаном и атмосферой, оказывают воздействие на формирование ветров. Отдельный интерес представляет суточный ход температуры для моделирования системы «океан-атмосфера», долгосрочный климатических трендов температуры и различных процессов в океане, а также для систем прогноза. Важным параметром, характеризующим суточные колебания температуры поверхностного слоя океана/ моря (далее ТПО/ТПМ) является амплитуда суточного хода (далее А, рассчитывалась как разность максимального и минимального значения температуры за сутки). Ранее, в работах [1, 2, 3] проведено исследование суточного хода температуры поверхностного слоя вод Черного моря на основе спутниковых данных, контактных измерений и результатов численного моделирования.
В настоящей работе выполнено исследование изменчивости амплитуды суточного хода ТПМ под влиянием различных гидрометеорологических факторов (скорость ветра, потоки тепла, температура воздуха, месяц года, вертикальная скорость) на основе данных сканера SEVIRI с временным разрешением 1 час и пространственным разрешением 5 км и результатов численного моделирования.
Определено, что с увеличением потока коротковолнового излучения, величина А также возрастает. Максимальные ее значения (1,9°C – 2°C) наблюдаются при скоростях ветра до 2 – 4 м/с и значениях величины коротковолнового излучения от ~25 Вт/м2 и более. При этом, когда значения величины потока коротковолнового излучения достигает значений ~40 – 45 Вт/м2 и выше, при значениях скорости ветра более 5 м/с А принимает значения ~1,5°C. При скоростях ветра от 7 м/с и величинах потока скрытого тела до 25 – 35 Вт/м2, величины А не превышают ~1,2°C. Минимальные значения А приходятся на максимальные значения скорости ветра (более 10 м/с). Максимальные А также наблюдаются при низких скоростях ветра в теплый период года (май-сентябрь), когда температура воздуха начинает превышать ⁓14°С с максимумом в мае, кода суммарный поток тепла направлен в океан (положительный – в период прогрева). В холодный период года, кода полный поток тепла направлен из океана в атмосферу, при температурах воздуха до ~+10°С и при высоких скоростях ветра А принимает минимальные значения.
Проведен статистический анализ величин А, в том числе рассмотрены особенности распределения величин А в зависимости от сезона года на основе многолетних массивов данных (с 2005 по 2016 гг.). Наиболее распространёнными являются события прогрева с А в интервале от 0,25°C до 2,25°C. А в интервале 2,25°C – 4,75°C встречаются гораздо реже. Имеют место величины А равные 5°C – 7°C и более – наиболее редкие события значительного и экстремального дневного прогрева, их количество существенно меньше. Картина распределения А в каждом из сезонов года имеет свои отличительные особенности: больше всего событий прогрева, с А отличной от нуля, имеют место летом, с июля по сентябрь. Наибольшее количество А со значениями 3,5°C и более приходится на весну.
Разработанная авторами одномерная интегральная модель ВКС достаточно точно воспроизводит суточный ход температуры и при определенных параметрах потока тепла и скорости ветра могут быть получены амплитуды суточного хода для событий экстремального дневного прогрева. При минимальных скоростях ветра (3-4 м/с) и максимальных значениях потока тепла А достигает наибольших значений. С увеличением скорости ветра и уменьшением потока тепла А также уменьшается, при скоростях ветра от 6 – 7 м/с величина А не превышает 0,2°C – 0,4°С. Настоящие результаты хорошо согласуются с результатами, полученными по данным SEVIRI.
Исследование зависимости А от вертикальной скорости проводились с использованием одномерной гидродинамической модели POM [4]. Определено, что при положительном направлении вертикальной скорости (подъем вод) верхний слой за период дневного прогрева прогревается интенсивнее, чем при отрицательном направлении вертикальной скорости (опускание вод). Таким образом амплитуда суточного хода температуры имеет наибольшие значения при положительной вертикальной скорости. Следует отметить, что при увеличении численного значения вертикальной скорости температура и амплитуда суточного хода также возрастает. При положительной вертикальной скорости происходит подъем термоклина к поверхности, и объем прогреваемых вод становится тоньше, что приводит к их более интенсивному прогреву в дневные часы. Когда вертикальная скорость направлена от поверхности, происходит опускание термоклина, соответственно, объем прогреваемых вод увеличивается, рост температуры не столь интенсивен.
Исследование зависимости амплитуды суточного хода от различных гидрометеорологических факторов по данным сканера SEVIRI выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамка научного проекта 19-35-90084. Исследование зависимости амплитуды суточного от различных гидрометеорологических факторов на основе численного моделирования выполнено в рамках государственного задания по теме № FNNN-2021-0006.