Numerical simulation of summer warming of Siberian shelf seas depending on short-wave radiation parameterization
Authors: ЯКШИНА Д.Ф. , ГОЛУБЕВА Е.Н. , ГРАДОВ В.С. 
Published: July 2024

Основным источником летнего прогрева верхнего слоя сибирских арктических шельфовых морей является коротковолновая солнечная радиация. Радиационный поток затухает по мере прохождения сквозь водную толщу, при этом скорость затухания определяется оптическими свойствами воды, зависящими главным образом от концентрации взвешенного вещества. В численных моделях океана и морского льда усвоение коротковолновой солнечной радиации описывается различными параметризациями. В настоящей работе исследуется чувствительность региональной трехмерной численной модели океана и морского льда SibCIOM к двум параметризациям проникающей радиации, используемым в численных экспериментах: 1) двухкомпонентная параметризация (PS) с использованием постоянных коэффициентов затухания для инфракрасного и видимого диапазонов спектра, зависящих от одного из десяти классов прозрачности океанических вод; 2) трехкомпонентная (RGB), различающаяся коэффициентами поглощения для красной, зеленой и синей частей видимого спектра и опирающаяся на спутниковые данные о концентрации хлорофилла. Анализ результатов численных экспериментов для акватории сибирских шельфовых морей показал, что учет сезонного распределения концентрации хлорофилла при формировании потока проникающей коротковолновой радиации с параметризацией RGB приводит к формированию областей прогрева вод в поверхностном или придонном слое, отличающихся от базового эксперимента с двухкомпонентной параметризацией PS. Сравнение с данными наблюдений показывает преимущество параметризации RGB, учитывающей сезонную изменчивость содержания хлорофилла, при численном моделировании арктических шельфовых морей.

The main source of summer heating of the upper layer of the Siberian Arctic shelf seas is shortwave solar radiation. The radiation flux attenuates as it passes through the water column, and the attenuation rate is determined by the optical properties of water, depending mainly on the concentration of suspended matter in the water. In numerical models of the ocean and sea ice, the process of absorbation of shortwave solar radiation is described by various parameterizations. In the present work, the sensitivity of the regional 3D numerical ocean and sea ice model SibCIOM to two parameterizations of the penetrating radiation is studied: (1) two-component parameterization using constant attenuation coefficients for the infrared and visible parts of the spectrum depending on one of the 10 transparency classes of ocean waters; (2) a three-component one, with different absorption coefficients for the red, green, and blue parts of the visible spectrum and relying on satellite data on chlorophyll concentration. Analysis of the results of numerical experiments for the water area of the Siberian shelf seas has shown that taking into account the seasonal distribution of chlorophyll concentration when forming the flux of penetrating shortwave radiation leads to the formation of regions of water warming in the surface or bottom layer, which differ from the basic experiment with two-component parameterization.