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

Объект исследования: Крупномасштабные, волновые и вихревые океанские процессы и роль океана в формировании климата. Цели работы: Достижение нового уровня понимания крупномасштабной динамики океана, а также роли синоптических и мезомасштабных вихрей в формировании океанской циркуляции и их влияния на изменчивость климата. Метод исследования: Методы математического анализа, математической физики и математической статистики; численное моделирование Основные результаты. Получены достоверные оценки и дано физическое описание механизмов долговременной динамики межокеанской циркуляции на основе экспедиционных и палеоклиматических наблюдений в Северной Атлантике и Южном океане и долгопериодных (100 и более лет) численных экспериментов с моделями общей циркуляции для глобального океана. Получен уникальный массив мониторинга для моря Ирмингера, основанный на различных тапах наблюдений и выполнен его анализ. Установлены основные механизмы формирования аномалий региональной циркуляции. Исследована роль Гольфстрима в формировании источников влаги и тепла для атмосферы средних широт с учетом влияния на циклогенез на основе численных экспериментов, в которых анализируется атмосферную изменчивость при разных состояния Гольфстрима. Проведено детальное теоретическое и диагностическое исследование мезомасштабных характеристик тепловых потоков на границе океан-атмосфера и их влияния на динамику океана и приводной атмосферы на различных временных масштабах. Показано, что синоптические и мезомасштабные структуры в океане могут формировать отклик в атмосфере на тех же пространственно-временных масштабах. Выполнен совместный анализ междекадной изменчивости потоков тепла и массы на поверхности океана и измерений уровня Мирового океана, теплосодержания, меридиональных переносов тепла и пресной воды и глобальной разбалансировки энергетического баланса Земли с целью оценки согласованности наблюдаемых измерений потоков энергии с динамикой основных климатообразующих характеристик Мирового океана. Проведены длительных расчеты с моделью NEMO промежуточного разрешения, что позволило достоверно воспроизвести термохалинную структуру и стратификацию океана вдоль повторяющегося судового разреза. Модель за счет параметризаций адвекции импульса, трения о боковые границы (дно) и локальной сигма-координаты хорошо воспроизводит наличие холодных вод на западных склонах котловин бассейнов Ирмингера и Исландского. Для получения эталонных решений предложен метод оптимального получения эталонного решения и реконструкции геофизических полей, в котором на первом этапе оценивается изменчивость физического поля в зависимости от пространственных координат путем аппроксимации информационной энтропии фрагментов поля с помощью нейронной сети, а на втором поле информационной энтропии используется для инициализации бинарной маски конкретного автоэнкодера. Область применения. Долгопериодное прогнозирование экстремальных погодных и климатических условий в Европе. Разработка рекомендаций для государственных органов по долгосрочному стратегическому планированию экономики и развитию арктического региона. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования. Полученные результаты являются базой для дальнейшего исследования долгопериодной климатической изменчивости динамики океана и ее влияния на развитие экстремальных событий; определении роли антропогенного фактора в формировании изменчивости процессов взаимодействия океана и атмосферы.