ИСТИНА

Основной целью проекта является исследование механизмов десятилетней и междесятилетней изменчивости климата в Атлантическом секторе Мирового океана, уделяя особое внимание циркуляции океана как самого инерционного звена климатической системы Земли. В качестве поставленных задач по проекта являются анализ глубинных данных по термохалинному состоянию океана с 1948 по не менее чем 2012 гг., проведение численных экспериментов с моделью общей циркуляции океана INMOM с предписанным реальным атмосферным воздействием с использованием данных электронного атласа NOAA, обработка и анализ их результатов расчётов. В ходе выполнения этих задачи планируется подготовка электронного атласа циркуляции в Атлантическом секторе Мирового океана. На основе результатов численного моделирования и анализа данных наблюдений будет проводиться выявление собственных океанических процессов, отвечающих исследуемым климатическим колебаниям. В рамках планируемых экспериментов будет проведена разработка оригинальных методик их проведения с учетом реальной изменчивости термохалинного состояния океана. По результатам Проекта будет изучаться явление противофазных изменений по глубине термохалинного состояния в Атлантическом океане и прилегающем Северном Ледовитом океане для различных значений индекса АМО, что, в свою очередь, может способствовать прогрессу в понимании формирования океанических механизмов самих мультидекадных и декадных колебаний климата. Также будет проведено изучение обратных связей между термохалинным состоянием океана и его термохалинной циркуляцией.

The main components of the Earth's climate system are the atmosphere and the ocean. At the same time, due to their spatial scales and physical properties, the atmosphere serves as a "generator" of climate change, and the ocean is the main "accumulator" of these changes. The climate variability at the scales of decades and more is formed precisely by the parameters of ocean circulation. Due to its geographic location, the North Atlantic (NA) and the adjacent Arctic Ocean (AO) play a special role in the formation of decadal and multi-decadal climate variability, because the formation of deep water masses occurs here at high latitudes, which in turn has a significant influence on the formation of global thermohaline circulation and the associated heat transport from low to high latitudes. Therefore, the Project sets the task of studying the oceanic mechanisms of these oscillations, mainly in the NA and the adjoint AO. Project investigations will be carried out on the basis of a complex analysis of observational data on the ocean deep state and the near-surface atmosphere from open databases of contemporary reanalyses and, based on these data, conducting numerical experiments to reproduce ocean circulation. The main instrument of the proposed Project will be the sigma-model of the ocean general circulation developed at the Institute of Numerical Mathematics RAS and known under the international abbreviation INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model). A version of the model will be implemented for the entire joint area of ​​the NA and AO with a spatial resolution of ~ 1/4 °. To solve the problem with the calculation near the North Pole, the spherical coordinate system will be rotated by 90° in latitude, which is possible due to the universal coordinate system implemented inINMOM. Using this model, specialized numerical experiments will be carried out with a verified real atmospheric forcing for the period from 1948 to no less than 2012 from the CORE database (Coordinated Ocean-ice Reference Experiments, http://www.clivar.org/clivar-panels/omdp/core-2). It should be noted that the global version of INMOM model of coarser spatial resolution is already participating in this important international research program. Therefore, the results of new experiments on this program will also be used in the Project. Open foreign databases, such as the NOAA electronic atlas (https://www.nodc.noaa.gov/OC5/woa13/woa13data.html) will be used as initial and studied data on the ocean deep state. It is also possible to use the domestic database prepared in the SOI based on the initial NOAA data. Since the mechanisms of the decadal and interdecadal variability are determined mainly by the ocean circulation variability as the most inertial component in the Earth climate system, in these experiments, oceanic processes corresponding to the decadal and multidecadal climate variations under study will be elucidated. Based on the results of these experiments, it is proposed to study the basic mechanisms of the thermohaline circulation variability and the key aspects of its effect in the characteristics of heat, fresh water and momentum fluxes at the ocean surface, as well as the influence of mutual water exchanges with the AO on it. Long-term variability of the ocean thermohaline circulation is well expressed in the index of the Atlantic multi-decadal oscillation (AMO). The preliminary analysis of the Atlantic temperature fields, already carried out by the collective members (see, e.g., (Sokolov, Apukhtina, 2017)) revealed an interesting fact that when the AMO index is negative (1965-1984), in the upper 1 km ocean layer, negative temperature anomalies are found, and deeper, on the contrary, positive ones. But when the AMO index (1995-2014) is positive, temperature anomalies have the opposite sign: in the upper 1 km layer of the ocean they are positive, in the lower one they are negative. This effect is more pronounced in the NA and AO. Therefore, the considerable efforts of the studies on the project will be aimed at explaining this effect, which, in turn, can promote understanding the formation of the oceanic mechanisms of the decadal and multidecadal climate variations themselves. In this case, in the opinion of the authors, only the joint application of the observational data analysis and numerical modelling will achieve this. Planned experiments with INMOM will also help to further improve it. It is necessary to emphasize the need for the development of domestic models, since this is a prerequisite for ensuring an independent expertise in the formation of World Ocean climate change and the variability of the circulation both globally and regionally, which in turn is a necessary condition for Russia's national security.

Проект основывается на совместном использовании современных данных наблюдений и имеющемся большом опыте численного моделирования общей циркуляции океана. Основу настоящего проекта составляет сигма-модель общей циркуляции океана, реализованная в ИВМ РАН, получившая в международной практике обозначение INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model). В настоящее время это единственная в мире сигма–координатная модель, способная адекватно воспроизводить циркуляцию Мирового океана при расчётах на большие времена. Этого удалось достичь за счет разработки и внедрения новых, в том числе впервые реализованных в модели, физических параметризаций, выполненных на основе современных численных методов. Все это позволило значительно улучшить качество воспроизведения циркуляции Мирового океана, что, в свою очередь, позволило использовать модель общей циркуляции океана в качестве океанического блока в модели климатической системы Земли без применения процедуры коррекции потоков на поверхности океана. Для этого была разработана и реализована оригинальная методика объединения моделей общей циркуляции атмосферы и океана в единую модель климатической системы. При этом в модель INMOM инкорпорирована современная модель динамики-термодинамики морского льда (Яковлев, 2009) и, кроме того, реализована возможность подключения альтернативной модели морского льда CICE. Следует особо подчеркнуть оригинальность как сигма модели общей циркуляции океана, так и самой модели климата, разработанных в ИВМ РАН. Климатические модели также создаются и развиваются в различных международных ведущих научных центрах. Возникающий при этом «параллелизм» необходим для контроля воспроизводимости получаемых с их помощью результатов и для статистического исключения возможных ошибок прогноза изменений климата. Именно для этого проводится сравнение результатов моделирования климата и его изменений в рамках различных международных программ, которые являются в определённом смысле клубами высоких технологий.