Термогидродинамические процессы в Ладожском озере: верификация 3D модели

Аннотация

Представлены результаты адаптации к условиям Ладожского озера трехмерной математической модели гидродинамики внутреннего моря с последующей ее верификацией по данным натурных и дистанционных измерений. При адаптации построена сферическая расчетная сетка типа B с пространственным разрешением 1км×1км. Уравнение состояния морской воды заменено на уравнение слабоминерализованной воды с максимумом плотности при температуре, близкой к 4 °С. Реализована процедура расчета поступления тепла и растворенных веществ в озеро через жидкие границы с водами притоков. Учтен сток реки Невы. Атмосферный форсинг из реанализа NCEP/NCAR с пространственным разрешением 2,5°×2,5° заменен на европейский аналог ERA5 с разрешением 0,25°×0,25°. Верификация новой версии модели выполнена для трех районов озера - южного мелководного (≤ 40 м), центрального (~50 м) и северного глубоководного с глубинами до 230 м. Для оценки влияния климатических изменений на термогидродинамические процессы расчеты проводились с 1990 по 2020 г. Для верификации использовались как данные контактных измерений Института озероведения РАН, так и снимки со спутников NOAA и MODIS Terra/Aqua. Результаты верификации показали, что модель адекватно воспроизводит основные особенности термогидродинамических процессов в Ладожском озере, а именно: вертикальную термическую структуру водной массы озера, начало формирования и распространения вертикальной фронтальной зоны - термобара. Учет вод притоков позволяет проследить их дальнейшее распространение в озере. Замена атмосферного форсинга привела к значительному улучшению расчетов ледовой обстановки в озере. Результаты верификации новой версии модели следует признать удовлетворительными. Также отмечены и недостатки модели.