Трехмерная модель океан-лед (модель ААНИИ)

В ААНИИ группой авторов во главе с И.В.Поляковым в 1994г. создана совместная модель океана со льдом. Модель имеет блоковую структуру и позволяет производить расчеты с учетом многообразных океанских и атмосферных факторов. При создании модели использован ряд конструктивных идей, применявшихся в предшествовавших работах Притчарда, Семтнера, Торндайка, Хиблера, Оберхубера и др.

Модель обладает рядом особенностей. Океанский блок модели сформулирован в z-системе координат; упруго-пластическая реология имеет эйлерову форму записи, чем достигается более экономичная вычислительная процедура; учет нескольких категорий льда по толщинам позволяет точнее рассчитывать нарастание и таяние льда с соответствующим изменением потоков соли на поверхности океана; дискретное представление адвекции тепла и соли, а также парциальных сплоченностей и масс льда основано на алгоритме, сочетающем высокий порядок аппроксимации и сохранение монотонности решения.

В модели реализовано представление льда в виде функции распределения льда по толщинам. Вследствие такого представления в каждой ячейке области ледяной покров описывается парциальными толщинами и сплоченностями, последняя характеризует относительную долю площади ячейки, покрытую льдом определенного диапазона толщин. Изменения функции распределения могут обусловливаться как термическими, так и динамическими факторами. Выбранные в модели градации толщин соответствуют возрастным категориям, используемым в практике наблюдений.

Модель океана включает полные уравнения движения, записанные в декартовой системе координат в приближении Буссинеска, уравнения гидростатики, неразрывности, баланса тепла и соли и состояния.

Для построения эффективной вычислительной процедуры в модели используется процедура расщепления процессов на «баротропную» и «бароклинные» компоненты. При этом быстрые процессы («баротропная» мода) воспроизводятся по проинтегрированным по вертикали уравнениям движения и неразрывности и с малым шагом по времени. Медленные движения («бароклинные» моды) рассчитываются по трехмерным уравнениям движения. Склейка решений двумерного и трехмерного блоков позволяет получить значения трехмерных скоростей течений, в которых учтена составляющая, обусловленная колебаниями уровня.

Отдельным блоком без обратной связи является блок расчета движения айсбергов под воздействием ветра и прилива.

За десятилетний период при помощи описанной модели проведено множество расчетов различных пространственно-временных масштабов вплоть до климатического. Географически расчеты по модели охватывают практически все окраинные моря Северного Ледовитого океана, а также весь Арктический бассейн. Результаты проведенных экспериментов представлены в статьях в ведущих российских и зарубежных журналах, на конференциях RAO, POAC и других. В целом, модель ААНИИ океан-лед зарекомендовала себя как надежный инструмент исследования динамических процессов океана и льда в большом диапазоне пространственных и временных масштабов.