Використання Argo Drifters та

Використання дрейферів Арго та даних супутникової альтиметрії для отримання циркуляції в Північноатлантичній ДИСЕРТАЦІЇ для здобуття наукового ступеня доктора природничих наук доктора наук вип. нац. Факультет I (фізика/електротехніка) представлений Фальком Ріхтером Дата колоквіуму: 24.09.2010 1. Рецензент: проф. Пітер Лемке 2-й рецензент: проф. Інститут полярних та морських досліджень імені Рюдігера Гердеса Альфреда Вегенера

використання

Зміст Вступ 1 1 Сучасний рівень 7 1.1 Моделювання. 7 1.2 Спостереження та вимірювання. 10 2 Ситуація з даними 15 2.1 WorldOceanAtlas2005 (WOA05). 16 2.2 Супутникова альтиметрія. 18 2.3 Профілі автономних дрифтерів (Argo). 19 2.4 Кліматологія Гурецькі та Кольтермана (GKK). 25 2.5 Напруга зсуву вітру. 26 3 Моделі та методи 29 3.1 Модель океану з оберненими кінцевими елементами (IFEOM). 30 3.1.1 Функція витрат. 32 3.1.2 T/SAдвекція/дифузія. 35 3.1.3 Фонова кліматологія T/S. 36 3.1.4 Асиміляція арго. 37 3.1.5 Асиміляція аліметрії. 40 3.1.6 Адаптація до тиску в глибокому морі. 41 3.1.7 Розвиток витрат. 44 3.2 Граничні умови. 45 3.3 Об’єктивний аналіз. 46 4 Вплив даних арго та супутникової альтиметрії на результат моделі 49 4.1 Проведено моделювання моделей. 49 4.2 Довідкове моделювання. 50 4.3 Поєднання даних арго та альтиметрії. 52 4.4 Вплив даних арго. 54 4.5 Взаємодія даних арго та альтиметрії. 56 4.6 Вплив даних альтиметрії. 61 4.7 Хороша придатність до даних арго та альтиметрії. 64 4.8 Висновок. 68 1

2 Зміст 5 Оцінка 69 5.1 Порівняння з об’єктивним аналізом. 69 5.2 Аналіз відхилення поверхні. 75 5.2.1 Аналіз тенденцій деформації поверхні. 77 5.2.2 Міжрічна мінливість відхилення поверхні. 83 5.3 Аналіз вмісту тепла. 88 5.4 Аналіз теплопереносу. 94 5.4.1 Аналіз тенденцій транспорту тепла. 96 5.5 Оцінка атмосферного теплового потоку. 101 5.6 Оцінка помилок. 103 5.7 Висновок. 109 6 Резюме та перспективи 111 Бібліографія 115 Список рисунків 122 Список таблиць 124 Символи та скорочення 127 Покажчик 129

24 Значення ситуації даних із WOA05 замінено. Утворюючи різницю (рівняння: 2.2), їх внесок у DHA опускається. Тут також використовується критерій 3 стандартних відхилень (σ). Якщо рівняння 2.4 для вимірювання (1 i N) Арго не виконується, дані відхиляються. (DHAi SLA i) 2> 3 σ ((DHA i SLA i) 2) (2.4) За допомогою цієї процедури навряд чи будь-який профіль Argo сортується через відсутність вимірювань супутникової альтиметрії у високих широтах. Виняток на основі рівняння 2.4 можна спостерігати лише в регіоні Гольфстрім. У регіоні, де можна виявити високі часові та просторові мінливості, такі як мезомасштабні вихори. (a) (b) (c) (d) Рисунок 2.8: T (або S) та кількість горизонтально інтерпольованих профілів Argo на точку сітки на глибині 120 м (для прикладу 2005 р.): (a) Температура ( Т); (b) кількість Т-профілів; (c) солоність (S) та (d) кількість S-профілів. Просторова структура T-ундів у північній Атлантиці достатньо представлена ​​вимірами Арго. Щільність даних у південно-східній частині модельної області дуже низька, і кількість вимірювань профілю, врахованих для кожної точки сітки моделі, рідко перевищує 5 (максимум 39).

26 Ситуація з даними 2.5 Напруга зсуву вітру Горизонтальна сила на область, яку вітер чинить на поверхню океану, відома як напруга зсуву вітру і описує вертикальну передачу горизонтальної складової імпульсу. Таким чином, імпульс передається з атмосфери в океан напругою зсуву вітру і може бути розрахований наступним чином: 0,29 + 3,1/U 10 + 7,7/U τ = ρ A CD U 10 U 10 з 1000 CD = 10,2 за 3 м U s 10 6 м, s 0,6 + 0,07 U 10, для 6 м U s 10 26 м. S (2,5) де ρ A = 1,3 кг/м 3 - середня щільність повітря, U 10 - швидкість вітру на висоті 10 м і CD - коефіцієнт опору (Trenberth et al., 1989; Harrison, 1989). (a) (b) (c) (d) Рисунок 2.10: Напруга вітру: (a) зональна (2005) з; (b) стандартне відхилення в часі; (c) меридіональний (2005) із, (d) стандартним відхиленням у часі. На малюнку 2.10a показано домінуючі західні вітри, а також східні вітри в субтропічному районі Північної Атлантики.

2.5 Напруга зсуву вітру 27 У цій роботі для розрахунку використовуються напруга зсуву вітру та швидкість вітру при повторному аналізі NCEP. Вони надаються NOAA/ESRL PSD 3 і доступні на веб-сайті www.esrl.noaa.gov/psd/. Подальшу інформацію про ці дані можна знайти у Kalnay et al. (1996). Середньорічне середньозональне та меридіональне напруження вітру (на висоті 10 м) обчислюється з відповідних середньомісячних значень. Продукти повторного аналізу базуються на найсучаснішій системі аналізу та прогнозування, яка включає всі вимірювання вітру з 1948 року до сьогодні за допомогою засвоєння даних. Протягом 10 років моделювання (1999-2008) використовуються дані зонального та меридіонального напружень вітру, що належать до року. На рисунку 2.10 наведено приклад зонального (2.10a) та меридіонального (2.10c) стресу вітру за 2005 рік. Зональний компонент показує домінуючі західні вітри, а також східні вітри в субтропічній зоні Північної Атлантики. 3 Національне управління океану та атмосфери, Лабораторія досліджень систем Землі, Відділ фізичних наук, Боулдер, Колорадо, США

3.1 Модель океану з оберненими кінцевими елементами (IFEOM) 43 (a) (b) (c) (d) Рисунок 3.6: Баротропна функція струму (інтервал контуру 5 Зв): (a) еталонного пробігу без обмеження швидкостей у глибокому океані та, ( б) еталонний пробіг з обмеженням швидкості в глибині океану. Аналогічно, MOC (інтервал контуру 2 Зв, 1 Зв, якщо MOC