Prognoza Modelului Ocean pentru CBLAST-Low

Sursă Originală: https://marine.rutgers.edu/~wilkin/wip/cblast/cblast2003.htm

August 2003 
John Wilkin

Aceste rezultate sunt acum publicate în: 
Wilkin, J. (2006) :, Bugetul de căldură de pe timp de vară și circulația apei din sud-estul Europei de sud-est, Journal of Oceanography Physical, 36 (11), 1997-2011. 


Prognoza modelului Ocean pentru CBLAST-Low

Sistemul regional de modelare a oceanelor (ROMS), în combinație cu o analiză meteorologică COAMS multiplă, a fost configurat pentru o regiune a raftului sud-est al New England. Folosind modelul cuplat ROMS / COAMPS, condițiile oceanelor din zona CBLAST-Low Observation are o prognoză pentru perioada de observație intensivă din 2003. Prognoza de 60 de ore COAMPS de înaltă rezoluție (3 km) COAMPS este efectuată la fiecare 12 ore de către Shouping Wang din NRL-Monterey și este transferată automat la Universitatea Rutgers, unde prognoza oceanului CBLAST ROMS este finalizată aproximativ 12 ore în ciclul de prognoză.

Condițiile oceanice de prognoză sunt prezentate la http://marine.rutgers.edu/~wilkin/wip/cblast/2003_forecasts

Rezultatele afișate includ hărți orizontale de temperatură și curenți cu interval de 3 ore la adâncimea de 5 m și traiectorii de drivere simulate de 2 zile. Piesele de particule prognozate sunt prezentate pentru a ajuta la planificarea implementărilor de șiruri de instrumente în derivă în cadrul PIO. Secțiunile de temperatură secundare și graficele seriei de timp sunt planificate.

ROMS: Sistemul regional de modelare a oceanelor

ROMS este un model oceanic de ecuații primitive de suprafață liberă, fiind folosit de o comunitate de utilizatori în creștere rapidă pentru aplicații de la bazin până la scări de coastă și estuare (de exemplu, Haidvogel et al., 2000, Marchesiello et al., 2003, MacCready and Geyer 2001). Caracteristicile modelului sunt rezumate pe scurt în Tabelul 1, iar algoritmii computaționali sunt descriși în detaliu de Shchepetkin și McWilliams (1998, 2003a, 2003b). Formularea cu grijă a algoritmului temporizat permite atât conservarea exactă, cât și conservarea constanta a trasorilor, obținând în același timp o stabilitate sporită și precizie în aplicațiile de coastă, unde deplasarea liberă a suprafeței reprezintă o fracțiune semnificativă din adâncimea totală a apei.Discretizarea discreționară parabolică-spline a verticalei a redus considerabil eroarea de trunchiere a gradientului de presiune care a afectat modelele precedente de coordonate de teren.

Configurația ROMS CBLAST

Pentru a furniza previziuni utile pentru bugetul regional de căldură la sud de Martha s Vineyard, ROMS ar trebui să capteze trăsăturile esențiale ale transportului termic tridimensional pe intervale de timp de mai multe zile și scale de ordinul 1 km. Pentru a realiza acest lucru, am folosit un grad înalt de realism în configurația batimetriei și forțării modelului. Modelul prezent are o distanțare fină a rețelei (1 km) și o batimetrie realistă de la Modelul de Coastă Relief al NGDC, limitele deschise de intrare / ieșire active / pasive (Marchesiello et al., 2001) încorporând o climatologie bi-lunară a circulației raftului oferită de C. Naimie de la Universitatea Dartmouth, și forța mareelor ​​dintr-un model ADCIRC al Atlanticului de Vest (Luettich et al., 1992). Căldura aeriană și fluxul de impulsuri se calculează prin formulele în vrac ale Fairall și colab.

Gama de rezoluție de 160 x 380 cu 20 de nivele verticale necesită aproximativ 2 min CPU pe zi de model pe HP / Compaq Alphaserver cu 16 procesoare.

Observațiile CBLAST includ măsurători precise ale fluxurilor aerului-mări de căldură, impuls și masă și profiluri verticale ale amestecării turbulente atât pe straturile de graniță atmosferice cât și pe cele oceanice. În consecință, aceste observații sunt ideale pentru a evalua componentele cheie ale unui sistem de modelare ocean-atmosferă cuplat.

Analiza viitoare a simulărilor modelului cuplat se va concentra pe compararea critică a proceselor verticale de amestecare turbulente observate și modelate și a schimburilor de impuls și căldură în interfața aer-mare. Se va efectua o evaluare sistematică a performanței unei suite de parametrizări de închidere turbulente verticale utilizate pe scară largă în modelele oceanice. Modelul cuplat va fi, de asemenea, folosit pentru completarea analizei datelor CBLAST observaționale. Modelul va oferi o evaluare cantitativă a contribuțiilor relative ale amestecării orizontale și advecției la analizele detaliate, dar în principal 1-dimensionale, pe verticală a bugetului de căldură al fluxului aer-mare și observații verticale de amestecare de la Observatorul de Coastă de Vest Martha’s (MVCO) .

Rezultatele Hindcast pentru anul 2002

În vara anului 2002, modelul ROMS CBLAST a fost condus la condiții oceanice înapoiate. Pentru aceste simulări, forța atmosferică utilizată a fost COAMPS de înaltă rezoluție (3 km), augmentată cu COAMPS cu rezoluție redusă (27 km), datorită unor lacune la nivel ridicat arhivarea prognozelor și radiații de undă scurtă descendentă de la stația MVCO. Aceste simulări au fost utilizate pentru a determina caracteristicile circulației regionale a oceanului și a bugetului de căldură.

Influențele concurente ale vânturilor și ale valurilor în regiunea de studiu sunt ilustrate în Figura 1, care ilustrează circulația mediană a mediei de adâncime din iulie pentru cazurile ideale de vânturi și doar pentru tides. La sud de Podgoria Martei, vânturile conduc în sus o circulație favorabilă spre est. Acest lucru este opus de un curent mediu spre vest care se ramifica dintr-un flux puternic anti-ciclonic rectificat de talie, care inconjoara balta Nantucket. Amestecul de maree pe flancul Nantucket Shoals amestecă vertical coloana de apă menținând permanent temperaturile la suprafața mării reci (Figura 2).

Figura 1: Curenți medii medii de adâncime pentru simulări idealizate numai cu vânturi și forțele tind să forțeze doar.
Figura 2: Stânga, iulie 2002 înseamnă energie cinetică turbidă. Corect, SST compozit de 3 zile pentru 30 august 2002. Amestecul de maree generează o regiune de SST rece permanent pe flancul estic al Nantucket Shoals

Bugetul mediu de căldură adus la adâncime (Figura 3) arată că fluxul net de aer-mare (Q net ) este cel mai mare la est de Nantucket Sound în regiunea SST răcit în mod constant și este în mare parte echilibrat de divergența orizontală datorată amestecării mareelor. Creșterea temperaturii oceanice (depozitare) în iulie este cea mai mare la sud de Insulele, unde încălzirea suprafeței încalcă încă coloana de apă, în timp ce în apele mai puțin adânci temperatura a atins echilibrul din timpul verii.

Figura 3: Termeni generali pentru bugetul de căldură integrat în iulie 2002.

Diferența orizontală este joasă la sud de Podgoria Martei, indicând un echilibru de căldură aproximativ 1-D vertical. În anul 2002, în această regiune s-au desfășurat cinci platforme meteorologice de interacțiune aeriană-mare (IMET). Pentru perioada de observație din 2003, aceleași locații IMET au fost mărite cu adăposturi adiționale pentru temperaturi subterane. Aceste date sunt ideale pentru evaluarea bugetului net de căldură simulat în ROMS și a influenței asupra acestuia datorită închiderilor de turbulențe verticale. Analiza continuă pentru a diagnostica seriile de timp ale termenilor individuali din bugetul de căldură pentru regiunile selectate. De exemplu, Figura 4 prezintă încălzirea echivalentă în oC pentru o cutie care include MVCO. Spre deosebire de zona dinspre sud, transportul lateral al căldurii este semnificativ aici, doar jumătate din fluxul de aer-mare duc la încălzirea coloanei de apă, în timp ce jumătate este îndepărtată prin divergențe laterale. Din acest timp, advecția timpului răcește cutia MVCO la o medie de 200 W / m 2 , în timp ce divergența turbidității temporale încălzește regiunea la 50 W / m 2. Figura 4b arată, de asemenea, că evenimentele puternice de divergență pozitivă (răcire) episodică pot opri pe scurt tendința de încălzire. Analiza ulterioară va determina dacă aceste evenimente sunt asociate cu creșterea în vânt sau advecția laterală a anomaliilor de apă rece. Analiza până în prezent demonstrează că amestecarea la distanță și advecția influențează în mod semnificativ bugetul de căldură în mediul MVCO și că aceste procese vor trebui cuantificate pentru a interpreta observațiile fluxului aerian și a amestecărilor verticale la turnul ASIT.

Figura 4: (a) Temperatura medie și curenții la 5 m adâncime. O limbă de apă caldă emisă de la Vineyard Sound prin Muskeget Channel încalcă MVCO, dar nu încălzește regiunea datorită fluxului mediu opus. (b) Serii temporale de termeni din bugetul de căldură pentru o casetă care include MCVO.

Referințe

Canuto, VM, Howard, A., Cheng, Y. și Dubovikov, MS, 2001. Turbulența Ocean I: model de închidere cu un punct. Momentul și difuzivitățile verticale ale căldurii, J. Phys. Oceanogr., 31, 1413-1426.

Fairall, C., E. Bradley, D. Rogers, J. Edson și G. Young, 1996: J. Geophys. Res., 3747-3764.

Galperin, B., LH Kantha, S. Hassid și A. Rosati, 1988. Un model de energie turbulentă cvasi-echilibru pentru fluxurile geofizice, J. Atmospheric Science, 45, 55-62.

Haidvogel, DB, HG Arango, K. Hedstrom, A. Beckmann, P. Malanotte-Rizzoli și AF Shchepetkin, 2000: Experimente de evaluare model în bazinul Atlanticului de Nord: simulări în teren neliniar – coordonate urmărite, dinamică a atmosferelor și oceanelor, 32, 239-281.

Kantha, LH și Clayson, CA, 1994. Un model îmbunătățit de straturi mixte pentru aplicații geofizice, J. Geophys. Res., 99, 25235-25266.

Large, WG, JC McWilliams și SC Doney, 1994: Mixarea verticală oceanică: O revizuire și un model cu parametrizare a stratului de limită k-nelocal, Rev. Geophys., 32, 363-403.

Luettich, RA, Westerink, JJ și Scheffner, NW, 1992: ADCIRC: Un model avansat tridimensional de circulație pentru rafturi, coaste și estuare, Tech. Raportați DRP-92-6, stația de experți în ingineria armatei americane, Vicksburg, MS.

MacCready, P. și WR Geyer, 2001: Flux de sare estuarină printr-o suprafață isohalină, Journal of Geophysical Research, 106, 11629-11637.

Marchesiello, P., JC McWilliams și A. Shchepetkin, 2001: Condiții limită deschise pentru integrarea pe termen lung a modelelor oceanice regionale. Ocean Modeling, 3, 1-20.

Marchesiello, P., JC McWilliams și A. Shchepetkin, 2003: Structura echilibrului și dinamica sistemului curent din California, J. Phys. Ocean.

Moore, AM, HG Arango, AJ Miller, BD Cornuelle, E. Di Lorenzo și DJ Neilson, 2003: Un sistem cuprinzător de predicție și analiză oceanică bazat pe componentele liniare și adiacente tangente ale unui model oceanic regional, Ocean Modeling, în presă.

Shchepetkin, AF și JC McWilliams, 1998: Scheme de advecție cvasi-monotone bazate pe disipare explicită local adaptivă, Mon. Wea. Rev., 126, 1541-1580.

Shchepetkin, AF și JC McWilliams, 2003a: O metodă de calcul a forței orizontale de presiune-gradient într-un model oceanic, cu un coordonator vertical nealiniat, Journal of Geophysical Research, 108, 3090-.

Shchepetkin, AF și JC McWilliams, 2003b: Sistemul regional de modelare a oceanelor: un model oceanic, coordonat cu descrierea divizată, cu suprafață liberă, de topografie, manuscris nepublicat.

Umlauf, L. și H. Burchard, 2003: A fost acceptată o ecuație generică pe scară lungă pentru modelele de turbulență geofizică, J. Mar. Res.

Warner, JC, CR Sherwood, HG Arango, RP Signell și B. Butman, 2003: Performanța a patru metode de închidere a turbulențelor implementate cu o metodă de scală cu lungimea generică, prezentată Oceanului Modeling.