Определение характеристик энергообмена в Арктике по данным реанализа, спутниковых наблюдений и регионального моделирования

Адекватное описание физических процессов и механизмов, определяющих структуру взаимодействующих пограничных слоев атмосферы и океана, составляет теоретическую основу для разработки схем их параметризации в моделях совместной крупномасштабной циркуляции этих сред. При изучении теплового баланса Арктики, особенно в случае полыней, разводий и молодых льдов, окруженных многолетним ледяным полем, особую трудность представляет определение вертикальных турбулентных потоков тепла и влаги. Механизм энергообмена между атмосферой и подстилающей поверхностью в Арктическом бассейне очень сложен, поскольку эта подстилающая поверхность обладает сложной структурой. Здесь присутствуют льды различной толщины, покрытые торосами, снежницами, гладкие и со снежным покровом; полыньи и разломы различной протяженности; большие участки открытой воды во взволнованном состоянии. Обменные процессы оказываются зависимы от сплоченности, толщины льда, степени его заснеженности и всторошенности, направления воздушного потока, площади полыней и трещин, наличия поземки и многих других часто трудно-формализуемых факторов. Процессы ледообразования, разрушения и переносы льда тесно связаны с термическим и динамическим состоянием атмосферы и моря. Комплексные эксперименты последних лет собрали значительный фактический материал о характеристиках энергообмена в полярных районах. Но до сих пор так и нет ответа на вопрос в чем же причина расхождения модельных и экспериментальных данных в определении турбулентных потоков в полярных районах.
В нашей работе мы опираемся, прежде всего, на результаты пульсационных измерений (eddy-correlation) турбулентных потоков тепла и импульса, проведенные в различных районах Арктики над различными поверхностями. Измерения проводились летом и осенью, в основном, в рамках проекта Nansen and Amundsen basins observation system (NABOS). Рассматриваются данные, полученные над открытой водой, тонким молодым льдом, при наличии разводий и снежниц и в прикромочных зонах. Данные измерений сравниваются с данными основных реанализов (ERAInterim, NCEP/NCAR и ASR), результатами расчетов региональных моделей COSMO и WRF и результатами расчетов потоков по спутниковым данным, представленным в архивах HOAPS и AOFLUX. Модели наиболее адекватно представляют значения потоков тепла и влаги для арктического региона. В реанализах наблюдается недооценка потоков тепла, особенно в прикромочных зонах и в период ледообразования. Ошибки спутниковых архивов связаны с ошибками определения сплоченности льда и температуры подстилающей поверхности при неоднороднодном ледяном покрове. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 14-17-00647. Экспериментальные работы проводились в рамках гранта РФФИ 13-05-41443.