Zasolenie (model PM3D)

Autor: Marek Kowalewski, ostatnia aktualizacja: 8 marca 2016

Zasolenie (model PM3D)

Zasolenie wody wyznaczone za pomocą modelu hydrodynamicznego PM3D. W obliczeniach uwzględnione są dopływy ok. 150 największych rzek powodujących dopływ słodkiej wody oraz wymiana z Morzem Północnym skąd dopływają do Bałtyku słone wody. Mapy zasolenia o rozdzielczości 1 km otrzymywane są poprzez interpolację przestrzenną wyników modelu PM3D, którego rozdzielczość przestrzenna wynosi od ok. 0,9 km w części południowej do ok. 1,9 km w pozostałych rejonach Bałtyku. W pionie, niezależnie od głębokości model ma 18 warstw o zmienne grubości, co pozwala obliczyć zasolenie wody na różnych głębokościach. W serwisie SO SatBałtyk rozkłady zasolenia w Bałtyku podawane są w praktycznej skali zasolenia (PSU) cztery razy na dobę.

Przykładowy rozkład zasolenia w powierzchniowej warstwie Bałtyku wyznaczony za pomocą modelu PM3D

Metodyka wyznaczania zasolenia w modelu PM3D

Trójwymiarowy model hydrodynamiczny PM3D (Parallel Model 3D) jest zmodernizowaną w ramach projektu SatBałtyk wersją numerycznego modelu[1] M3D, który bazuje na modelu POM (Princeton Ocean Model). Dzięki zrównolegleniu obliczeń wykonywanych przy użyciu komputerów wyposażonych w wiele rdzeni obliczeniowych oraz wprowadzeniu procedur asymilacji danych satelitarnych PM3D pozwala na dokładniejsze obliczenia zasolenia wody i innych parametrów w dużej rozdzielczości. Informacja o pogodzie dostarcza jest z numerycznego modelu pogody UM (Unified Model) działającego operacyjnie w ICM z rozdzielczością 4 km. W obszarze całego Bałtyku model PM3D ma rozdzielczość 1 mili morskiej (ok. 1.9 km). Model ten pozwala jednak na zwiększanie rozdzielczości w wybranych rejonach z dwukierunkową wymianą informacji (tzw. two-way downscaling) co umożliwiło obliczenia zasolenia w rozdzielczości 0.5 mili morskiej (ok. 0.9 km) w części południowej Bałtyku (p. rysunek). PM3D działa operacyjnie, a temperatura wody jest codziennie uściślana na podstawie bieżących danych z pomiarów satelitarnych w procesie tzw. asymilacji danych satelitarnych Dzięki otwartej granicy usytuowanej w zachodniej części Skagerraku model symuluje napływ słonych wód z Morza Północnego. Model rozwiązuje zagadnienie transportu soli pod wpływałem prądów dryfowych, związanych z oddziaływaniem wiatru i gradientowych, wynikających ze zmienności przestrzennej temperatury i zasolenia.

Przykładowa mapa zasolenia w Bałtyku oraz rozdzielczość przestrzenna obszarów obliczeniowych

Walidacja (ocena dokładności)

Model M3D poddawany był wielokrotnie walidacji w odniesieniu do różnych parametrów i rejonów [2] [3]. Dokładność wyznaczania zasolenia oceniono na podstawie różnicy temperatury obliczonej za pomocą modelu z pomiarami wykonanymi w ramach monitoringu prowadzonego w ramach ICES w okresie lat 2010-2014. Błąd statystyczny, wyrażony jako odchylenie standardowe tych różnic, oszacowano na 0,41 PSU. Natomiast błąd systematyczny (średnia różnica) wynosił 0,57 PSU. Zależność pomiędzy wartościami obliczonymi przez model oraz zmierzonymi w morzu podczas rejsów monitoringowych przedstawiono na rysunku.

Porównanie modelowych i zmierzonych wartości zasolenia w powierzchniowej w Bałyku, równanie regresji liniowej, R²-współczynnik determinacji

Interesujące zjawiska widoczne na mapach zasolenia

Rozpływ wód rzecznych

Charakterystycznym zjawiskiem widocznym na mapach zasolenia w rejonach ujść dużych rzek są obszary o niskim zasoleniu związane z rozpływem słodkich wód rzecznych w znacznie bardziej zasolonych wodach morskich. Kształt i zasięg plamy wód wysłodzonej zależy od wielkości dopływu rzecznego oraz od prędkości i kierunku powierzchniowych prądów morskich, które są w dużym stopniu zależą od kierunku i prędkości wiatru. Na rysunku przedstawiono przykładowy rozpływ słodkich wód Wisły w Zatoce Gdańskiej.