Характеризация, моделирование и понимание климатической изменчивости формирования глубинных вод в северо-западной части Средиземного моря

Наблюдение, моделирование и понимание климатической шкалы изменчивости формирования глубинных вод (DWF) в северо-западной части Средиземного моря остаются весьма сложной задачей. В этом исследовании мы сначала характеризуем межгодовую изменчивость этого явления путем тщательного реанализа наблюдений с целью установления опорных временных рядов. Эти количественные индикаторы включают 31 наблюдаемый год максимальной годовой глубины смешанного слоя за период 1980–2013 гг. и детальное многопоказательное описание периода 2007–2013 гг. Затем выполнена ретроспективная (hindcast) 1980–2013 модельная прогонка с полностью сопряженной региональной климатической системой, включающей высокоразрешённые представления региональной атмосферы, океана, земной поверхности и рек. Моделирование количественно хорошо воспроизводит среднее поведение и большую межгодовую изменчивость явления DWF. Модель показывает конвекцию глубже 1000 м в двух третях моделируемых зим, среднюю скорость DWF, равную 0.35 Sv, с максимальными значениями 1.7 Sv (соответственно 1.6 Sv) в 2013 г. (соответственно 2005 г.). На основании результатов модели было выявлено, что зимний интегрированный по времени потеря плавучести над заливом Лионов является основным фактором, определяющим межгодовую изменчивость DWF, и объясняет самостоятельно около 50% её дисперсии. Она обусловлена возникновением нескольких штормовых дней зимой. В суточной шкале погодный режим с атлантическим гребнем благоприятствует сильным потерям плавучести и, следовательно, DWF, тогда как положительная фаза Североатлантической осцилляции неблагоприятна. Также проанализирована управляющая роль вертикальной стратификации осенью, как меры сопротивления водяного столба перемешиванию. Комбинация обоих управляющих факторов позволяет объяснить более 70% межгодовой дисперсии явления и, в частности, появление пяти наиболее сильных конвективных лет модели (1981, 1999, 2005, 2009, 2013). Модель качественно хорошо воспроизводит тренды в глубоких водах (потепление, опреснение с увеличением солёности, увеличение объёма плотных вод, увеличение плотности донных вод) несмотря на недооценку трендов солёности и плотности. Эти глубокие тренды возникают из накопления тепла и соли в 1980‑х и 1990‑х годах в поверхностных и промежуточных слоях залива Лионов с последующей поэтапной передачей в глубокие слои при очень конвективных годах начиная с 1999 г. Увеличение солёности в приатлантических поверхностных слоях, по-видимому, является внешней вынуждающей причиной, которая в конечном счёте приводит к этим глубоким трендам. В дальнейшем наши результаты могут способствовать лучшему пониманию поведения явления DWF в моделированиях Средиземного моря в режимах ретроспективных прогонок, прогнозов, реанализов или сценариев будущих климатических изменений. Вместе с тем устойчивость полученных результатов должна быть подтверждена в много-модельных исследованиях.