ИСТИНА

В совместной климатической системе Земли атмосфера «генерирует» изменения климата, а океан их «накапливает». При этом собственная мультидекадная изменчивость климата формируется в большей именно процессами, связанными с океанической циркуляцией. Ключевую роль в рассматриваемой изменчивости играют Северная Атлантика (СА) и Северный Ледовитый океан (СЛО), поскольку в высоких широтах формируются глубинные водные массы, оказывающие огромное влияние на формирование глобальной термохалинной циркуляции и связанный с ней перенос тепла из низких в высокие широты. В циркуляции СА хорошо выделяются мультидекадная изменчивость с характерными разделяющимися диапазонами периодов 10-30 и 50-80 лет. Эти периоды хорошо проявляются во временн́ом ходе Атлантической мультидекадной осцилляции (АМО), особенно в Северной Атлантике. АМО представляет собой ярко выраженный климатический сигнал, в первую очередь проявляющийся в изменчивости термохалинного состояния океанов. Важность АМО для состояния климатической системы Земли вызвана тем, что этот сигнал оказывает большое влияние на изменения температуры воздуха, осадков на атмосферные и океанские переносы тепла и пресной воды в Атлантико-Европейском регионе. Он проявляется также в изменчивости и ряда других климатических характеристик системы океан-атмосфера. В настоящее время природа формирования мультидекадной изменчивости в СА до сих пор до конца не изучена и является предметом исследований. Основной целью настоящего проекта является исследование влияния термохалинной циркуляции СА и СЛО на мультидекадную изменчивость климата. Для этого будет проведен анализ термохалинного состояния океанов с 1948 по современным данным объективного анализа о температуре и солёности Мирового океана EN4 и WOA2013, а также по данным глобальных реанализов GFDL, GECCO2, ESTOC и ORA-S4 и возможно др. Будет проводиться выявление связей термохалинных характеристик циркуляции океанов и эволюции индекса АМО – как основного индикатора мультидекадной изменчивости. Еще одним оригинальным направлением исследований будет проведение комплексного анализа состояния и циркуляции вод в СА и СЛО с помощью численных расчетов по российской сигма-модель общей циркуляции океана INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model). Будет реализована версия этой модели для всей совместной акватории СА и СЛО от Антарктиды до Берингова моря с вихредопускающим пространственным разрешеним ~1/4°. С этой моделью будут проведены специализированные численные эксперименты с выверенным реальным атмосферным воздействием за период с 1948 г. из базы данных программы CORE (Coordinated Ocean-ice Reference Experiments, http://www.clivar.org/clivar-panels/omdp/core-2). В качестве начальных и исследуемых данных о глубинном состоянии океана будут использоваться открытые зарубежные базы данных, такие как электронный атлас EN4, разработанный в MetOffice (Великобритания, https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/en4/). Поскольку океан является самым инерционным звеном климатической системы Земли и механизмы декадной и мультидекадной изменчивости определяются, главным образом, изменчивостью циркуляции океана, то в экспериментах будут выясняться океанические процессы, отвечающие изучаемым декадным и мультидекадным колебаниям климата. По результатам этих экспериментов предполагается изучить основные механизмы изменчивости термохалинной циркуляции и ключевые аспекты её проявления в характеристиках потоков тепла, пресной воды и импульса на поверхности океана, а также влияния на неё взаимных обменов водами с Арктическим бассейном. Будут проверены две гипотезы формирования мультидекадной изменчивости. Первая из них связывает АМО с колебаниями интенсивности меридиональной циркуляции в СА – так называемой атлантической меридиональной опрокидывающейся циркуляции (АМОЦ). Второй механизм связывает генерацию АМО с колебаниями в Арктике и распространением крупномасштабных волн типа Россби, генерируемых, главным образом аномалиями солёности, в переходной области между СА и СЛО. Таким образом значительные усилия исследовательских работ по проекту будут направлены на объяснение вышеописанных эффектов, которые, в свою очередь, могут продвинуть и понимание формирования океанических механизмов самих мультидекадных и декадных колебаний климата. При этом, по нашему мнению, только совместное применение анализа данных наблюдений и численного моделирования позволит добиться этого. Планируемые эксперименты с INMOM позволят также продвинутся в ее дальнейшем улучшении. Следует особо подчеркнуть необходимость развития отечественных моделей, поскольку это является необходимым условием обеспечения независимой экспертизы формирования климатических изменений и изменчивости циркуляции Мирового океана как в глобальном, так и на региональном масштабах, что, в свою очередь, является необходимым условием национальной безопасности России.

In the Earth’s joint climate system, the atmosphere “generates” climate changes, and the ocean “accumulates” them. At the same time, the intrinsic multi-decade climate variability is formed in the larger precisely by the processes associated with ocean circulation. The key role in this variability is played by the North Atlantic (NA) and the Arctic Ocean (AO), since deep water masses are formed at high latitudes, having a great influence on the formation of global thermohaline circulation and the associated heat transfer from low to high latitudes. In the NA circulation, multidecade variability with characteristic divided ranges of periods of 10–30 and 50–80 years is well distinguished. These periods are well manifested in the time course of the Atlantic multi-decade oscillation (AMO), especially in the North Atlantic. AMO is a pronounced climate signal, primarily manifested in the variability of the thermohaline state of the oceans. The importance of AMO for the state of the Earth’s climate system is due to the fact that this signal has a great influence on changes in air temperature and precipitation on atmospheric and oceanic heat and freshwater transfers in the Atlantic-European region. It is also manifested in the variability and a number of other climatic characteristics of the ocean-atmosphere system. At present, the nature of the formation of multi-decadal variability in NA has not yet been fully studied and is the subject of research. The main objective of this project is to study the effect of the thermohaline circulation of the NA and the AO on multi-decade climate variability. To do this, the thermohaline state of the oceans will be analyzed from 1948 according to modern objective analysis data on the temperature and salinity of the World Ocean EN4 and WOA2013, as well as from the global reanalysis GFDL, GECCO2, ESTOC and ORA-S4, and possibly others. the circulation of the oceans and the evolution of the AMO index - as the main indicator of multi-decadal variability. Another original area of ​​research will be a comprehensive analysis of the state and circulation of water in the NA and the AO using numerical calculations using the Russian sigma model of ocean general circulation (INMOM). A version of this model will be implemented for the entire joint water area of ​​the NA and the AO from Antarctica to the Bering Sea with a vertical resolution of ~ 1/4 °. With this model, specialized numerical experiments will be conducted with verified real atmospheric effects for the period from 1948 from the CORE program database (Coordinated Ocean-ice Reference Experiments, http://www.clivar.org/clivar-panels/omdp/core- 2). Open and foreign databases, such as the EN4 electronic atlas developed by MetOffice (United Kingdom, https://www.metoffice.gov.uk/hadobs/en4/), will be used as the initial and explored data on the deep state of the ocean. Since the ocean is the most inertial element of the Earth’s climate system and the mechanisms of decadal and multi-decadal variability are mainly determined by the variability of ocean circulation, the experiments will determine oceanic processes corresponding to the studied decadal and multi-decadal climate variations. Based on the results of these experiments, it is proposed to study the basic mechanisms of thermohaline circulation variability and key aspects of its manifestation in the characteristics of heat, fresh water and impulse fluxes on the ocean surface, as well as the influence of mutual exchanges of water with the Arctic Basin on it. Two hypotheses of the formation of multi-decade variability will be tested. The first of these links the AMO with fluctuations in the intensity of the meridional circulation in the NA — the so-called Atlantic meridional overturning circulation (AMOC). The second mechanism links the generation of AMO with fluctuations in the Arctic and the propagation of large-scale Rossby-type waves, generated mainly by salinity anomalies, in the transition region between the NA and the AO. Thus, the significant research efforts of the project will be aimed at explaining the effects described above, which, in turn, can promote and understanding the formation of the oceanic mechanisms of the multi-decade and decadal climate fluctuations. In this case, in our opinion, only the combined use of the analysis of observational data and numerical simulation will allow to achieve this. Planned experiments with INMOM will also allow progress in its further improvement. It is necessary to emphasize the need to develop domestic models, since this is a prerequisite for providing an independent examination of the formation of climate change and the variability of the circulation of the oceans on a global and regional scale, which, in turn, is a necessary condition for Russia's national security.

Основной механизм мультидекадной изменчивости заключается в изменчивости циркуляции океана как самого инерционного звена климатической системы Земли. Поэтому в рамках Проекта будут выполнен анализ глубинных данных по термохалинному состоянию океана с 1948 по не менее чем 2012 гг. и проведены эксперименты, обработка и анализ их результатов с моделью общей циркуляции океана INMOM с предписанным реальным атмосферным воздействием с использованием данных электронного атласа EN4. В этих направлениях исследований будут выясняться собственные океанические процессы, отвечающие изучаемым климатическим колебаниям. В рамках планируемых экспериментов будут разработаны оригинальные методики их проведения с учетом реальной изменчивости термохалинного состояния океана. По результатам Проекта будет изучено явление противофазных изменений по глубине термохалинного состояния в Атлантическом океане и прилегающем СЛО для различных значений индекса АМО, которое, в свою очередь, даст новый результат в понимании формирования океанических механизмов самих мультидекадных колебаний климата. Также будут изучены обратные связи между термохалинным состоянием океана и его термохалинной циркуляцией. Таким образом значительные усилия исследовательских работ по проекту будут направлены на объяснение вышеописанных эффектов, которые, в свою очередь, могут продвинуть и понимание формирования океанических механизмов самих мультидекадных колебаний климата. При этом, по нашему мнению, только совместное применение анализа данных наблюдений и численного моделирования позволит добиться этого. Планируемые эксперименты с INMOM позволят также продвинутся в ее дальнейшем улучшении. Следует особо подчеркнуть необходимость развития отечественных моделей, поскольку это является необходимым условием обеспечения независимой экспертизы формирования климатических изменений и изменчивости циркуляции Мирового океана как в глобальном, так и на региональном масштабах, что, в свою очередь, является необходимым условием национальной безопасности России.

Дианский Н.А. – специалист в области математического моделирования физических процессов океана и взаимодействия океана и атмосферы, автор и соавтор более 75 научных работ, из них 7 монографий и 3 авторских свидетельств. Основные научные результаты Дианского Н.А.: – Создана σ-модель общей циркуляции океана INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model), воспроизводящая крупномасштабную циркуляцию Мирового океана в хорошем соответствии с данными наблюдений и с качеством, не уступающим современным моделям океана. – Произведено объединение моделей общей циркуляции атмосферы и океана в единую климатическую модель INMCM (Institute of Numerical Mathematics Climate Model), которая воспроизводит основные характеристики среднего состояния, изменчивости и изменений климата Земли на уровне лучших моделей IPCC/МГЭИК. Результаты экспериментов с моделью климатической системы ИВМ РАН по прогнозированию изменений климата (вместе с результатами по другим моделям IPCC/МГЭИК) использованы в 4-м и 5-м отчетах IPCC/МГЭИК. – С помощью модели INMOM исследованы особенности формирования гидрофизических полей циркуляции Мирового океана и его отдельных акваторий. – Разработанная модель INMOM нашла свое применение для решения практических задач хозяйственного освоения морского шельфа, включая оперативный анализ и прогноз морской циркуляции в морях РФ. С ее помощью проводились прикладные научно-исследовательские работы по гидрометеорологическому обеспечению проектирования и строительства транспортного перехода через Керченский пролив. Дианский А.Н. ведет большую преподавательскую работу на кафедрах физики моря и вод суши физического факультета и океанологии географического факультета МГУ им. Ломоносова, а также в аспирантуре ФГБУ «Государственный океанографический институт имени Н.Н.Зубова» (ФГБУ «ГОИН»). Дианский А.Н. – член диссертационных советов Д 900.010.01 и Д 900.010.02 ФГБУН МГИ РАН, МГУ.11.02 и МГУ.01.15 МГУ имени М.В. Ломоносова.

Основной механизм мультидекадной изменчивости заключается в изменчивости циркуляции океана как самого инерционного звена климатической системы Земли. Поэтому в рамках Проекта будут выполнен анализ глубинных данных по термохалинному состоянию океана с 1948 по не менее чем 2012 гг. и проведены эксперименты, обработка и анализ их результатов с моделью общей циркуляции океана INMOM с предписанным реальным атмосферным воздействием с использованием данных электронного атласа EN4. В этих направлениях исследований будут выясняться собственные океанические процессы, отвечающие изучаемым климатическим колебаниям. В рамках планируемых экспериментов будут разработаны оригинальные методики их проведения с учетом реальной изменчивости термохалинного состояния океана. По результатам Проекта будет изучено явление противофазных изменений по глубине термохалинного состояния в Атлантическом океане и прилегающем СЛО для различных значений индекса АМО, которое, в свою очередь, даст новый результат в понимании формирования океанических механизмов самих мультидекадных колебаний климата. Также будут изучены обратные связи между термохалинным состоянием океана и его термохалинной циркуляцией. Таким образом значительные усилия исследовательских работ по проекту будут направлены на объяснение вышеописанных эффектов, которые, в свою очередь, могут продвинуть и понимание формирования океанических механизмов самих мультидекадных колебаний климата. При этом, по нашему мнению, только совместное применение анализа данных наблюдений и численного моделирования позволит добиться этого. Планируемые эксперименты с INMOM позволят также продвинутся в ее дальнейшем улучшении. Следует особо подчеркнуть необходимость развития отечественных моделей, поскольку это является необходимым условием обеспечения независимой экспертизы формирования климатических изменений и изменчивости циркуляции Мирового океана как в глобальном, так и на региональном масштабах, что, в свою очередь, является необходимым условием национальной безопасности России.