Турбулентные потоки тепла в южной части Балтийского моря

Данная работа посвящена анализу турбулентных потоков тепла для нескольких точек в Балтийском море (платформа D6, станции Аркона и Дарский порог) с применением различных методик расчета. Расчеты потоков явного и скрытого тепла выполнены при помощи аэродинамического метода, а также на основе алгоритма COARE c разными параметризациями. Для расчетов привлекались данные метеостанций, реанализа, моделирования и измерения параметров волнения, а также измерений заякоренной термокосы на морской ледостойкой стационарной платформе D6. В работе рассматривается период с января по декабрь 2016 г. В результате было установлено, что при использовании методики COARE с параметризацией Charnok по сравнению с аэродинамическим методом при постоянных коэффициентах обмена теплом и влагой величина потока явного тепла увеличивается на 15%, скрытого тепла – на 6%. Наибольшие различия в величинах потоков, рассчитанных разными методиками, наблюдаются во время сильных штормов с высотой волн более 3 м и могут превышать 50 Вт/м2.

На основе дисперсионного и гармонического анализа рядов потоков тепла получены оценки долей суточной, синоптической и сезонной изменчивости, а также оценки параметров гармоник суточного и годового хода. 

1. Аверкиев А.С., Дубравин В.Ф. Точность расчета испарения при разных периодах осреднения по данным наблюдений в южной Балтике // Гидрометеорология и экология. 2020. № 58. С. 68–82.

2. Александров С.В. Влияние климатических изменений на уровень эвтрофирования Куршского залива // Вестник Рос. гос. ун-та им. И. Канта. 2010. Вып. 1. С. 49–57.

3. Бортковский Р.С. Расчет турбулентных потоков тепла, влаги и количества движения над морем по данным судовых измерений // Метеорология и гидрология. 1971. № 3. С. 93–98.

4. Гулев С.К., Украинский В.В. Роль различных временных масштабов в процессах энергообмена океана и атмосферы // Изв. АН СССР. ФАО. 1989. Т. 25. № 7. С. 675–687.

5. Дубравин В.Ф. Эволюции гидрометеорологических полей в Балтийском море. Калининград: Капрос. 2014. 438 с.

6. Дубравин В.Ф., Капустина М.В., Стонт Ж.И. Оценки потоков тепла на границе вода–воздух в юго-западной части Балтики (2003–2016) // Известия Русского географического общества. 2019. Т. 151. № 4. С. 15–26.

7. Ефимов В.В., Тимофеев Н.А., Сычев Е.Н. и др. О расчете коэффициентов тепло- и влагообмена между океаном и атмосферой // Изв. АН СССР. ФАО. 1985. Т. 21. № 7. С. 664–667.

8. Лаппо С.С., Гулев С.К., Рождественский А.Е. Крупномасштабное тепловое взаимодействие в системе «океан – атмосфера» и энергоактивные области Мирового океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 336 с.

9. Мысленков С.А., Кречик В.А., Соловьев Д.М. Анализ температуры воды в прибрежной зоне Балтийского моря по спутниковым данным и измерениям термокосы // Труды Гидрометцентра России. 2017. № 364. С. 159–169.

10. Радикевич В.М. О расчете потоков тепла, влаги и количества движения // Океанология. 1970. Т. X. Вып. 5. С. 878–882.

11. Руководство по авиационной метеорологии. 2008. Заказ № 8896. 179 с.

12. Blanc T.V. Variation of Bulk-Derived Surface Flux, Stability, and Roughness Results Due to the of Different Transfer Coefficient Schemes, J. Phys. Oceanogr., 1985, vol. 15, no. 6, p. 650–669.

13. Charnock H. Wind stress on a water surface, Q. J. Roy. Meteor. Soc., vol. 81, p. 639–640.

14. Cronin M.F., Gentemann C.L., Edson J. et al. Air-Sea Fluxes With a Focus on Heat and Momentum, Frontiers in Marine Science, 2019, vol. 6, 450, DOI: 10.3389/fmars.2019.00430.

15. Döscher R., Meier H.E. Simulated sea surface temperature and heat fluxes in different climates of the Baltic Sea, Ambio, 2004, vol. 33, no. 4/5, p. 242–248.

16. Fairall C.W., Bradley E.F., Hare J.E. et al. Bulk Parameterization of Air – Sea Fluxes: Updates and Verification for the COARE Algorithm, J. Climate, 2003, vol. 16, p. 571–591.

17. Gulev S., Belyaev K. Probability Distribution Characteristics for Surface Air – Sea Turbulent Heat Fluxes over the Global Ocean, J. Climate, 2012, vol. 25, p. 184–206.

18. Larsén X., Smedman A., Högström U. Air – sea exchange of sensible heat over the Baltic Sea, Q. J. R. Meteorol. Soc., 2006, vol. 130, p. 519–539.

19. Meier H.E.M., Döscher R. Simulated water and heat cycles of the Baltic Sea using a 3D coupled atmosphere-iceocean model, Boreal. Env. Res., 2002, vol. 7, p. 327– 334.

20. Myslenkov S.A., Medvedeva A.Yu. Wave energy resources of the Baltic Sea and coastal zone of the Kaliningrad Region, Fundamental and Applied Hydrophysics, 2019, vol. 12, no. 2, p. 34–42.

21. Myslenkov S., Shestakova A., Chechin D. The impact of sea waves on turbulent heat fluxes in the Barents Sea according to numerical modeling, Atmos. Chem. Phys., 2021, vol. 21, p. 5575–5595.

22. Omstedt A. Baltic Sea marine system: In introduction, University of Gothenburg, Göteborg, 2009, 37 p.

23. Oost W.A., Komen G.J., Jacobs C.M.J. et al. New evidence for a relation between wind stress and wave age from measurements during ASGAMAGE, Bound. Lay. Meteorol., 2002, vol. 103, p. 409–438.

24. Rak D., Wieczorek P. Variability of temperature and salinity over the last decade in selected regions of the southern Baltic Sea, Oceаnologiа, 2012, no. 54(3), p. 339–354.

25. Rutgersson A., Smedman A., Omstedt A. Measured and simulated latent and sensible heat fluxes at two marine sites in the Baltic Sea, Boundary-Layer Meteorology, 2001, vol. 99, p. 53–84.

26. State and Evolution of the Baltic Sea, 1952–2005. A Detailed 50-year Survey of Meteorology and Climate, Physics, Chemistry, Biology, and Marine Environment, R. Feistel, G. Nausch, N. Wasmund (еds.), 2008.

27. Störmer O. Climate Change Impacts on Coastal Waters of the Baltic Sea, Global Change and Baltic Coastal Zones, Dordrecht, 2011, vol. 1, p. 51–69.

28. Taylor P.K., Yelland M.J. The Dependence of Sea Surface Roughness on the Height and Steepness of the Waves, J. Phys. Ocean., vol. 31, p. 572–590.