Оригинальное название: Ship - based estimates of momentum transfer coef. cient over sea ice and recommendations for its parameterization Опубликовано в Atmos. Chem Phys.
Исполнитель: Piyush Srivastava
Перевод: Ли Жун, Лю Сяоди, Цзыи

Температура поверхности в Арктике более чем в два раза выше, чем в среднем по миру, что называется арктическим эффектом усиления (Arctic Amplification). Столь быстрое потепление меняет природный ландшафт Арктики, что заметно уменьшает диапазон морского льда, уменьшает толщину и уменьшает возраст льда, что повлияет на многие биогеохимические процессы, связанные с этим. Кроме того, это изменение может повлиять на низкие широты, изменив погодные условия и циркуляцию океана.

Эффект усиления в Арктике: данные GISTEMPv4, chart by Zack Labe.

Хотя климатические модели воспроизводят эффект усиления в Арктике, они не очень успешны в прогнозировании сезонной динамики морского льда. Недостаточные исследования импульса полярной поверхности, тепла и передачи водяного пара являются основными причинами прогнозов отклонений.

Параметризация для анализа переменных модели и коэффициентов поверхностного переноса является ключом к изучению турбулентного обмена. Отсутствие измеренных данных в полярной среде приводит к значительной неопределенности в отношении параметризации коэффициентов переноса импульса (CD), тепла (CH) и водяного пара (CE).

В этом исследовании исследователи сосредоточились на параметризации коэффициента передачи импульса CD.

Обмен импульсами между атмосферой и морским льдом оказывает непосредственное влияние на динамическую эволюцию пограничного слоя атмосферы и морского льда, процесс обмена которых зависит от физических характеристик поверхности. По мере того, как устойчивость арктического морского льда уменьшается, а полярная ледовая зона (Marginal Ice Zone, MIZ) расширяется, характер этого обменного процесса меняется. Поэтому крайне важно углублять понимание физических процессов на полярных поверхностях.

Недавние исследования показывают, что будущая толщина и диапазон морского льда, а также модели полярной эволюции чувствительны к параметризации обмена импульсами на поверхности морского льда.

Большинство моделей используют упрощенные методы для параметризации коэффициента переноса на морском льду, такие как установление постоянного значения эквивалентного нейтрального коэффициента переноса для всех морских льдов или двух различных значений, соответствующих полярным ледовым краям (Marginal Ice Zone, MIZ) и морфологическим параметрам морского льда. Затем, используя классический метод "мозаики" или "усреднения потока", поток морского льда и открытых вод оценивается отдельно в каждой сетке и взвешивается с использованием дробных долей морского льда и открытых вод для расчета "эффективного" турбулентного потока.

Для моделей, предполагающих фиксирование CD10n на морском льду (коэффициент обмена импульсов при нейтральных условиях на высоте 10 м), метод усреднения потока приводит к монотонному увеличению CD10n по всему MIZ, что не подтверждается наблюдениями, и это значение достигает пика, когда соотношение морского льда обычно составляет 50 - 80%.

Andreas et al. (2010) предлагают эмпирическую параметризацию CD10n на основе вторичной функции плотности морского льда. Основываясь на теоретических выводах, Люпкес и другие разработали физический метод стратификации параметров для CD10n, который имеет низкую сложность и требует только покрытия морского льда в качестве самостоятельной переменной.

Недавно исследователи, такие как Elvidge, использовали самолеты для измерения над арктическим MIZ и разработали набор данных CD10n (над MIZ), содержащий 195 независимых оценок, что более чем в два раза превышает предыдущие наблюдения. Тем не менее, они обнаружили, что CD10ni (CD10n со 100% покрытым льдом) имеет большую вариацию, что указывает на то, что CD10ni в значительной степени зависит от физической формы морского льда.

Сложность параметризации обмена импульсами морского льда требует изучения наборов данных, измеренных в полярных районах.

С этой целью исследователи из Университета Лидса и других учреждений в Великобритании использовали измеренные данные для обмена импульсами на поверхности морского льда в рамках эксперимента Arctic Clouds in Summer Experiment (ACSE) с июля по октябрь 2014 года и эксперимента Arctic Ocean 2016 Experiment (AO2016) с августа по сентябрь 2016 года, чтобы оценить и параметризировать коэффициент переноса импульса на поверхности морского льда.

Эти данные были установлены на верхней мачте ледокола Оден.Сбор данных системы наблюдения за потоками, связанными с вихрями LI - CORС конца лета до начала осени охватываются различные условия земной и атмосферной стабильности.

Ледокол & lt; & lt; Оден & gt; & gt; и система измерения потока, связанного с вихрем LI - COR, на верхней части мачты (слева на рисунке)
Источник / Vüllers J et al (2018)

Система наблюдения за потоками, связанными с вихрями LI - COR

Исследование показало, что CD10n достигает пика при покрытии морского льда 0,6 - 0,8, что согласуется с недавними наблюдениями на основе самолетов. Оптимизированные параметризированные уравнения значительно улучшают согласованность с измеренными результатами, что поможет климатическим моделям прогнозировать и моделировать сезонную динамику морского льда в Арктике.

Ледокол "Оден" смонтирован в верхней части мачты.Система наблюдения за потоками, связанными с вихрями LI - CORРасстояние до ватерлинии 20,3 м. В эксперименте ACSE (2014) система состоит из LI - 7500 с открытым контуром CO₂/ В₂О Анализатор (LI - COR Inc., Lincoln, NE, USA), состоящий из трехмерного ультразвукового анемометра Metek USA - 100 (с функцией нагрева). В нижней части трехмерного ультразвукового анемометра установлена система измерения положения движения Xsens Mti - 700 - G.

В соответствии с методами, предложенными Edson (1998) и Prytherch et al. (2015), первоначальная турбулентная составляющая 20 Гц была скорректирована на движение платформы. После этого рассчитывается импульс, тепло и поток водяного пара на 30 мин.

/ / / / /

Основные диаграммы данных в оригинале