Крупномасштабные, волновые и вихревые океанские процессы и роль океана в формировании климата: междекадная эволюция циркуляции, гидрофизических полей океана и потоков на границе океан - атмосфера в условиях меняющегося климата

Настоящий отчет посвящен работам по теме госзадания № 0149-2019-0002 «Крупномасштабные, волновые и вихревые океанские процессы и роль океана в формировании климата: междекадная эволюция циркуляции, гидрофизических полей океана и потоков на границе океан-атмосфера в условиях меняющегося климата». Целью исследований было достижение нового уровня понимания роли синоптических и мезомасштабных вихрей в формировании океанской циркуляции в глобальном и региональных масштабах, а также их влияния на изменчивость климата. Примененные методы включали анализ данных экспедиционных океанологических исследований за последнее десятилетие, численный анализ динамики волновых процессов, аналитическое исследование динамики океанских вихрей и диагностический анализ крупномасштабных процессов в океане. В результате анализа выделены четыре области Лабрадорских вод, имеющие различные термохалинные характеристики и уровень насыщения растворенным кислородом, изменяющиеся синхронно во времени (на масштабах до года) и совпадающие в пространстве с основными элементами циркуляции (течение Ирмингера, круговорот Ирмингера, система западных пограничных течений, включающая рециркуляцию течения Ирмингера). Показано, что смена фаз климата определяется рядом характерных признаков, наиболее значительным из которых является сокращение влажности планетарной атмосферы, сопровождающееся увеличением пожароопасности и, как следствие распространением повсеместно природных лесных пожаров. Смена фаз климата представляет собой смену режима теплообмена океана и атмосферы в глобальном плане: океан последовательно из фазы теплообмена переходит в фазу теплонакопления. Выполнено исследование взаимодействия слабонелинейных волн Россби с зональными струйными потоками. Предложен новый подход, который показывает, что нелинейность в длинноволновом приближении в точности компенсирует доплеровский сдвиг. Показана возможность интерпретации возмущений поля аномалий возвышений морской поверхности как проявлений волн Россби, способных распространяться как в западном, так и в восточном направлениях. Был разработан и применен конечно-разностный численный алгоритм, позволяющий исследовать движение сингулярного монополя на бета-плоскости. Предложенные уравнения описывают сложную совместную эволюцию сингулярного вихря и регулярного течения, порождаемого адвекцией планетарной завихренности, создаваемой вихрем. Разработанная конечно-разностная модель сохраняет несколько инвариантов движения, полученных из непрерывных невязких уравнений, и аккуратно воспроизводит модификацию этих инвариантов в присутствии трения. Полученные результаты могут быть использованы для развития моделей динамики океана в части разработки новых параметризаций волнового и вихревого перемешивания, а также для тестирования объединенных климатических моделей Земной системы в части воспроизведения ими основных мод климатической изменчивости. Эти результаты могут быть внедрены в учреждениях Росгидромета для использования в моделях прогноза климата. Дальнейшие исследования должны включать детальный анализ роли экстремальных тепловых потоков на поверхности в формировании крупномасштабной динамики океана, и изучение роли вихревых и волновых процессов в формировании таких экстремальных потоков. Это позволит понять механизмы формирования долгопериодной динамики Мирового океана.