Вестник МГТУ. 2017, том 20, № 1/2.

Вестник МГТУ. 2017. Т. 20, № 1/2. С. 231–241. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-1/2-231-241 233 взяты из Arctic Runoff Database. Данные о стоке были скорректированы с учетом сведений о водном балансе из [4] ("гирла" Дона и Кубани, Сиваш, Керченский пролив). Выполнение модельных расчетов для всей акватории моря, а не только для залива, упрощает введение граничных условий, так как в противном случае необходима детальная информация о гидрометеорологических характеристиках на входе в залив с запада. Всякая попытка оценки этих значений вместе с обозначенными проблемами пространственного разрешения имеющихся данных приведет к еще большей погрешности результатов моделирования. Начальные условия в данной работе – поля температуры и солености. Ввиду того, что соленость в заданной акватории в течение рассматриваемых месяцев изменяется незначительно (по информации из Атласа [5]), начальные условия (неоднородные скалярные поля в трехмерном пространстве) солености можно задать как среднемесячные значения. Поле было построено в результате интерполяции данных, представленных в Атласе [5], и откалибровано по данным in situ , полученным в ходе упомянутых экспедиций в Таганрогском заливе. Поле загружается из файла (параметр hydrogSaltFile ). Начальное условие по температуре – скалярная переменная tRef : неоднородное поле не задается, так как временному промежутку, для которого происходит верификация, предшествует промежуток разгона модели, в течение которого и формируется неоднородное поле. Методика вычислений. Сетка в трехмерной области, заданная для расчетов, содержит в качестве подмножества узлы сети станций двух экспедиций, которая в свою очередь является объединением нескольких равномерных сеток. Планарная сетка на горизонтах: 105 × 69 узлов (с шагом 3' и 2' по долготе и по широте соответственно); 17 горизонтов (с шагом 0,5 м; последний слой – глубины, превышающие 8 м). Нужно отметить, что интерполяция (восстановление в узлах равномерной сетки модели) файлов форсинга обеспечивается стандартными средствами MITgcm без участия пользователя; батиметрия и начальные условия для солености заданы в узлах указанной сетки. Достаточно маленькие пространственные шаги сетки требуют частого пересчета значений модели MITgcm 2 . При имитационном моделировании шаг по времени для уравнений движения и переноса трассера составил 100 с; периодичность записи результатов в файл netCDF – 10 800 c (каждые 3 часа симуляции). Модельные физические параметры для MITgcm были установлены в соответствии с рекомендациями в статьях [1; 2], а также документации и учебных сетапах MITgcm. Учитывались следующие конфигурации: 1) глобальной циркуляции (учебный сетап Global_Oce_latlon); 2) регионального моделирования: морей Арктики (ftp://ecco2.jpl.nasa.gov/data6/arctic/arctic_4km/ cube-JRA_4km/input/) и Лабрадорского моря (учебный сетап Lab_Sea). Временной промежуток, для которого выполнялось имитационное моделирование с помощьюMITgcm, можно разделить по смыслу (не по способу расчета модели) на два: отрезок адаптации ("разгона") и отрезок верификации. В течение первого происходит адаптация модели к входным данным (батиметрии, полям начальной температуры и солености, периодическим воздействиям в виде характеристик атмосферного форсинга). Второй отрезок обусловлен временем сбора данных контактных измерений, полученных в экспедициях. Таким образом, второй отрезок имеет фиксированную длину, а первый может изменяться путем выбора различных моментов начала моделирования. Серии экспериментов выполнялись отдельно для каждого набора данных (температурных полей), определяемого конкретной экспедицией. Как было сказано в предыдущем разделе, измеренная на гидрологических станциях глубина и соленость использовались для уточнения батиметрии GEBCO и задания начальных условий соответственно. Отдельными проблемами, требующими численного исследования, стали вопросы выбора температуры для tRef и стартовой даты, с которой начинается разгон модели. Подобные задачи являются обратными задачами математического моделирования и, очевидно, являются некорректными, т. е. имеют не единственное решение. Ввиду того, что прямая задача – модельные расчеты на обоих отрезках (разгона и верификации) – требует значительных ресурсов (техники и времени), оптимальность выбора конкретной температуры и даты в качестве начальных условий, т. е. оптимальность решения обратной задачи, не обсуждается в данной работе. Вместо нее экспериментально решается аналогичная задача для сетки, имеющий в два раза больший шаг, чем исходная, с перебором потенциальных значений температуры и стартовых дат. В качестве потенциальных стартовых дат выбираются те, которые отделены от начала отрезка верификации кратным количеством недель и месяцев (неделя, две недели, три недели, месяц, месяц и неделя, месяц и две недели, месяц и три недели, два месяца). Всего 8 вариантов. Множество потенциальных значений температуры: 16, 18, 20, 22, 24 (°С). Для первого массива входных данных (июнь 2005 г.) учитывались только первые три значения из множества, для данных сентябрьской экспедиции 2005 г. – три последние. Персональная ЭВМ, выбранная для осуществления экспериментов, не выполняла никаких пользовательских задач одновременно с модельными расчетами. Ее основные характеристики: 1) операционная система: Ubuntu 14.04 32bit; 2) объем оперативной памяти: 2 Гб; 2 MITgcm User Manual. URL: http://mitgcm.org/public/ r2_manual/latest/online_ documents/manual.pdf.