Валидация трехмерных полей температуры и солености морской воды

Валидация трехмерных нолей температуры и солености воды в Черном море основана на использовании данных восьми буев-профилемеров ARGO, полученные из InSitu TAC (продукт INSITU-BS-NRT-OBSERVATIONS-013- 034). Данные поступали один раз в пять суток, в некоторые моменты времени наблюдались пропуски измерений из-за неадекватного качества данных или их отсутствия. Четыре буя под номерами 1901200, 6900803, 6900804 и 6900805 функционировали в течение всего периода валидации. Оставшиеся четыре буя с номерами 6901959, 6901960, 6901961 и 6901962 были запущены в весеннелетний период года и осенью. При сопоставлении результатов модельных расчетов с измерениями буями-профилемерами выполнялась интерполяция во времени и но горизонтали на времена и горизонтальные координаты in situ измерений. По вертикали выполнялась интероноляция данных профилемеров в узлы модельной сетки по глубине. Эго было связано с тем, что буи-нрофилемеры имели заметно больше отсчетов вдоль каждого профиля, чем число горизонтов сетки модели.

В табл. 5.2 приведены сведения о количестве измерений в каждом из шести слоев, для которых ниже приводятся оценки точности прогноза температуры и солености морской воды. Из таблицы видно, что объем измерений в первом, самом верхнем слое крайне мал. Кроме того, эти измерения крайне неравномерно распределены во времени. Наибольшее количество измерений сосредоточено в слоях между 5 и 300 м. Для более глубоких слоев число измерений значительно сокращается.

Таблица 5.2

Распределение числа измерений по слоям для прогноза в интервале до одних суток

Слой, м

Число наблюдений

0-5

65

5-30

1 571

30-100

1 908

100-300

2 039

300-800

931

800-2 000

383

Оценки среднего и среднеквадратичного отклонений (СКО) прогноза температуры от наблюдений приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Оценки точности расчета трехмерного поля температуры, °С

Глубина, м

Прогноз на одни сутки

Прогноз на двое суток

Прогноз на трое суток

Среднее

СКО

Среднее

СКО

Среднее

СКО

0-5

-0,13

0,58

-0,01

0,65

0,07

0,83

5-30

0,68

2,90

0,68

2,89

0,72

2,98

30-100

0,09

0,84

0,09

0,84

0,11

0,80

100-300

-0,13

0,30

-0,13

0,30

-0,13

0,30

300-800

-0,01

0,01

-0,01

0,01

-0,01

0,01

800-2 000

0,01

0,05

0,01

0,05

0,01

0,05

Из табл. 5.3 видно, что достаточно большие пог решности наблюдаются в слое 5-30 м. Дополнительный анализ показывает, что наибольшие отклонения наблюдаются в основном в летний и осенний сезоны, т.е. в период существования ярко выраженного сезонного гермоклина, имеющег о в Черном моря небольшую толщину. В этом случае небольшие ошибки в расчете положения нижней границы верхнего перемешанного слоя моря приводят к большим погрешностям в расчете температуры в пределах сезонного термоклина.

Особенности распределения температуры по глубине в период существования сезонного термоклина видны на рис. 5.8. В нервом случае, на рис. 5.8, а, видно, что рассчитанный и наблюденный профили температуры очень близки друг к другу, но отклонения температуры в слое термоклина достигают, тем не менее, весьма больших величин. Во втором случае профили в целом похожи, но смещены но глубине. Для этого буя, находившегося вблизи фронта ОЧТ, большие различия наблюденных и рассчитанных величин связаны с погрешностями интерполяции с модельной сетки в точку локализации буя-нрофилемера. Погрешности интерполяции обусловлены высокими горизонтальными градиентами температуры в окрестности фронта ОЧТ. Такая же ситуация возникает в зонах прибрежных аггвеллингов, наиболее ярко проявляющихся в летнее время.

Примеры валидации профилей температуры и тличные пшрешности в сезонном термоклине

Рис. 5.8. Примеры валидации профилей температуры и тличные пшрешности в сезонном термоклине. Небольшие неточности в определении глубины перемешанного слоя приводят к большим отклонениям температуры (а), расхождения в профилях температуры обусловлены близостью к фронтальной зоне ОЧТ (б)

Из рис. 5.8, 6 видно также, что в результате занижения глубины верхнего перемешанного слоя в расчетах происходит деформация холодного промежуточного слоя. В сравнении с in situ данными модельный ХПС имеет большую протяженность но вертикали в сравнении с наблюдениями, что также приводит к заметным расхождениям расчетов и измерений.

Оценки среднего и среднеквадратичного отклонений прогноза солености от наблюдений приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Оценки точности расчета трехмерного поля солености,

Прогноз на одни сутки

Прогноз на двое суток

Прогноз на трое суток

Глубина(м)

Среднее

ско

Среднее

СКО

Среднее

СКО

0-5

0,09

0,30

0,08

0,31

0,07

0,28

5-30

0,01

0,25

0,01

0,25

0,01

0,26

30-100

-0,13

0,48

-0,13

0,48

-0,14

0,49

100-300

-0,21

0,32

-0,21

0,32

-0,21

0,33

300-800

-0,01

0,02

-0,01

0,03

-0,01

0,03

800-2000

0,00

0,01

0,00

0,01

0,00

0,01

Анализ данных таблицы показывает, что наибольшие систематические ошибки и среднеквадратические отклонения рассчитанного ноля солености от наблюдений сосредоточены в слоях 30-100 и 100-300 м, захватывающих верхнюю и нижнюю границы халоклина.

Вертикальные профили солености, полученные согласно расчетам по модели и данным буя ARGO, а также вертикальные профили отклонений между ними

Рис. 5.9. Вертикальные профили солености, полученные согласно расчетам по модели и данным буя ARGO, а также вертикальные профили отклонений между ними

На рис. 5.9 показаны вертикальные профили солености, полученные согласно расчетам по модели и по данным буя ARGO, а также вертикальные профили отклонений между ними. Видно, что, как и для температуры, наибольшие погрешности привязаны к слоям с большими вертикальными градиентами солености. Следует отметить, что помимо погрешностей, носящих случайный характер, наблюдается систематическое занижение солености в модельных расчетах в слое 100-300 м. Это обстоятельство обусловлено ассимиляцией в обсуждаемой версии прогностической модели климатического профиля солености. Вместе с гем в Черном море выявлена изменчивость полей температуры и солености в глубинах моря с периодом около 20 лет. В последующей версии модели, которая будет введена в эксплуатацию в начале 2014 г., ассимилируется аналогичный средний профиль, оцененный но данным буев-нрофилемеров. В итоге точность восстановления солености в слое 100-300 м существенно повышается.

 
Посмотреть оригинал