Моделирование турбулентности в нижних слоях полярной атмосферы позволит надежнее прогнозировать климат в Арктике

Фото: Николай Гернет / GeoPhoto

Международная группа учёных из МГУ имени М.В. Ломоносова, Института вычислительной математики (ИВМ) им. Г.И. Марчука РАН с коллегами из Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Финского метеорологического института и Университета имени Бен-Гуриона (Израиль) разработала и протестировала новый подход для учета турбулентного перемешивания в нижнем слое атмосферы, который поможет улучшить качество моделирования климата полярных регионов. Надежные оценки будущих климатических изменений необходимы для понимания, что ожидает Арктику: какие угрозы или, наоборот, новые возможности для развития экономики представляют климатические процессы, информирует портал «Научная Россия». Наибольшие расхождения между результатами различных климатических расчетов и исследований отмечаются именно в Арктике и Антарктике, что говорит о высокой неопределенности моделей полярного климата. Учёные международной группы считают, что моделирование турбулентности в нижнем слое атмосферы – ключ к увеличению точности моделирования климата высоких широт.

Турбулентность – это основной механизм передачи количества движения, тепла и влаги между льдом, океаном, сушей и атмосферой. Без нее не было бы ни морских течений, ни дрейфа льда, ни трансформации воздушных и водных масс. Облачность была бы совсем другой, не будь турбулентности в атмосфере. Но в полярных районах типичны случаи, когда воздух у поверхности выхолаживается, становится тяжелым и плотным, и энергии турбулентности не хватает, чтобы перемешивать тяжелые объемы холодного воздуха. Турбулентное перемешивание становится слабым, но тем не менее не исчезает совсем. Нижний слой атмосферы, в котором существует турбулентность, в полярных районах особенно тонок – как раз по причине слабой турбулентности и сильной плотностной стратификации. Типичная толщина этого слоя надо льдом – всего несколько десятков метров, что сравнимо с вертикальным разрешением климатических моделей.

В МГУ и РАН была разработана численная модель, которая в явном виде воспроизводит турбулентные движения в нижнем слое атмосферы. Эксперименты проводились с помощью вычислительных мощностей Суперкомпьютерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова.

Данные результатов моделирования уже используются для совершенствования национальной климатической модели в ходе работы над Федеральной научно-технической программой (ФНТП) «Исследование процессов в пограничных слоях атмосферы, океана и вод суши, и их параметризации в моделях системы Земли». Учёные рассчитывают уменьшить существующие на сегодняшний день систематические ошибки модели, чтобы верно описывать современный и будущий климат полярных регионов.