tinroИзвестия ТИНРОIzvestiya TINRO1606-99192658-5510ТИНРО10.26428/1606-9919-2025-205-728-736MDSIMQtinro-1086Research ArticleУСЛОВИЯ ОБИТАНИЯ ПРОМЫСЛОВЫХ ОБЪЕКТОВENVIRONMENTS OF FISHERIES RESOURCESПоток энтропии через поверхность раздела между океаном и атмосферой как интегральный индикатор климатических изменений океанаEntropy flux through the oceanatmosphere boundary as an integral indicator of the ocean climate changehttps://orcid.org/0000-0002-0574-1452КильматовТ. Р.KilmatovT. R.

Кильматов Талгат Рустемович, доктор физико-математических наук, профессор

690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43;

690003, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а

Talgat R. Kilmatov, D.Phys.-Math., professor

43, Baltiyskaya Str., Vladivostok, 690041;

50, Verkhneportovaya Str., Vladivostok, 690003

talgat_k@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6714-7662РудыхН. И.RudykhN. I.

Рудых Наталья Ивановна, кандидат географических наук, старший научный сотрудник

690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43

Natalia I. Rudykh, Ph.D., senior researcher

43, Baltiyskaya Str., Vladivostok, 690041

rudykh@poi.dvo.ruТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Морской государственный университет им. адм. Г.И. НевельскогоРоссияPacific Oceanological Institute; Maritime State UniversityRussian FederationТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНРоссияPacific Oceanological InstituteRussian Federation2025100120262054728736Copyright © Кильматов Т.Р., Рудых Н.И., 20262026Кильматов Т.Р., Рудых Н.И.Kilmatov T.R., Rudykh N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya.tinro-center.ru/jour/article/view/1086

Представлен расчет климатического тренда потока энтропии через поверхность вода–воздух для меридионального разреза 180° в Тихом океане. Расчеты проведены по среднегодовым данным тепловых характеристик поверхности воды и компонентам теплового баланса с пространственным шагом 4о за 1979–2024 гг. Порядок отрицательного потока энтропии ~3 . 10–2 W/m2K, и эта величина имеет временную тенденцию приближения к нулю. Сделана оценка средней скорости диссипации механической (турбулентной) энергии на единицу массы ~2 . 10–7 m2/c3. Обсуждается разность трендов тепловых характеристик вследствие «открытости» и «закрытости» полярных акваторий Тихого океана в южном и северном полушариях. Отмечается возможность обратной связи параметров в направлении климатической устойчивости. Приближение потока энтропии к нулю уменьшает динамические процессы. Деградация движений увеличивает меридиональную разность температур между нагревателем (тропики) и холодильником (полюсы). Это приводит к обратному процессу – увеличению потока энтропии и возвращению океана к предыдущему стационарному состоянию.

Climatic trend of the entropy flux across the water-air boundary is determined for the oceanographic section along 180o meridian in the Pacific Ocean. The flux is calculated on the average annual data for SST and components of heat balance with 4-degree spatial resolution for 1979–2024. The flux is negative with the value ~3 . 10–2 W/m2K and has a tendency toward zero. Mean rate of the turbulent energy dissipation per unit mass is evaluated as ~2.10–7 m2/s3. Different trends in thermal conditions for the «closed» and «open» polar areas in the Southern and Northern Hemispheres, respectively, are discussed. Possible feedback of the parameters toward climate stability is noted: the lower the entropy flux, the weaker water dynamics, and the higher SST difference between tropical and polar zones, that leads to reverse process of increasing the entropy flux and returns the ocean back to its previous stationary state.

Тихий океанповерхность океан–атмосферабаланс потока теплаклиматический трендпоток энтропииPacific Oceanocean-atmosphere boundaryheat flux balanceclimatic trendentropyАвторы выражают благодарность рецензентам за ценные замечания, полученные при подготовке работы. Работа была выполнена в рамках двух Государственных заданий ТОИ ДВО РАН: «Исследование климатических аспектов распространения природных газов в морских акваториях и на прибрежных территориях, а также связанных с этим явлений и процессов», регистрационный номер 125051406034-3; «Исследование структуры и динамики вод Мирового океана в условиях современных климатических изменений», регистрационный номер 124022100079-4.The authors are thankful to anonymous reviewers for their valuable comments useful for the article. The study was funded from the budget of Pacific Oceanological Institute, Far-Eastern branch of Russian Ac. Sci. in the frameworks of two state assignments, as «Study of climatic aspects of natural gas distribution in marine waters and coastal areas, as well as related phenomena and processes» (registration number 125051406034-3) and «Study of the structure and dynamics of the waters of the World Ocean under conditions of modern climate change» (registration number 124022100079-4).ReferencesГленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций : моногр. : пер. с англ. — М. : Мир, 1973. — 280 c.Glansdorff, P. and Prigogine, I., Thermodynamic theory of structure, stability and fluctuation, Université Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium, and University of Texas, Austin, Texas, 1971.Голицин Г.С., Мохов И.И. Об устойчивости и экстремальных свойствах моделей климата // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. — 1978. — Т. 14, № 4. — С. 378–387.Golitsyn, G.S. and Mokhov, I.I., On the stability and extremal properties of climatic models, Izv. Akad. Nauk SSSR, Fizika atmosfery i okeana, 1978, vol. 14, no. 4, pp. 378–387.Кильматов Т.Р. Методы неравновесной термодинамики в физической океанологии : моногр. — Владивосток : ДВО АН СССР, 1987. — 79 с.Kilmatov, T.R., Metody neravnovesnoy termodinamiki v okeanologii (Methods of nonequilibrium thermodynamics in oceanology), Vladivostok: Dal’nevost. Otd. Akad. Nauk SSSR, 1987.Кильматов Т.Р. Средний поток энтропии через поверхность Мирового океана // ДАН СССР. — 1984. — Т. 275, № 4. — С. 1015–1018.Kilmatov, T.R., The average entropy flux through the surface of the World Ocean, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1984, vol. 275, no. 4, pp. 1015–1018.Краус Е. Взаимодействие атмосферы и океана : моногр. : пер. с англ. — Л. : Гидрометео-издат, 1976. — 295 с.Kraus, E.B., Atmosphere-ocean interaction, Oxford, Clarendon Press, 1972.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика : учеб. пособ. : для вузов. В 10 т. Т. 5 : Статистическая физика. Ч. 1. — 5-е изд. — М. : Физматлит, 2002. — 616 с.Landau, L.D. and Lifshitz, E.M., Teoreticheskaya fizika : ucheb. posob. : dlya vuzov. V 10 t. T. 5: Statisticheskaya fizika. Ch. 1 (Theoretical Physics: a textbook: for universities. In 10 volumes. Vol. 5: Statistical Physics. Part 1), 5th ed., Moscow: FIZMATLIT, 2002.Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 1 : моногр. — М. : Наука, 1973. — 536 с.Sedov, L.I., Mekhanika sploshnoy sredy (Continuum Mechanics), vol. 1, Moscow: Nauka, 1973.Шулейкин В.В. Физика моря : моногр. — М. : Наука, 1968. — 1090 с.Shuleikin, V.V., Fizika morya (Physics of the Sea), Moscow: Nauka, 1968.Bannon P.R., Najjar R.G. Heat-Engine and Entropy-Production Analyses of the World Ocean // J. Geophys. Res. Oceans. — 2018. — Vol. 123(8). — P. 8532–8547. DOI: 10.1029/2018JC014261.Bannon, P.R. and Najjar, R.G., Heat-Engine and Entropy-Production Analyses of the World Ocean, J. Geophys. Res. Oceans, 2018, vol. 123, no. 8, pp. 8532–8547. doi 10.1029/2018JC014261.Ghill M., Lucarini V. The Physics of Climate Variability and Climate Change // Reviews of Modern Physics. — 2020. — Vol. 92, № 3. – Р. 1–77. DOI: 10.1103/RevModPhys.92.035002.Ghill, M. and Lucarini, V., The Physics of Climate Variability and Climate Change, Reviews of Modern Physics, 2020, vol. 92, no. 3, pp. 1–77. doi 10.1103/RevModPhys.92.035002.Huang B., Thorne P.W., Banzon V.F. et al. Extended Reconstructed Sea Surface Temperature, Version 5 (ERSSTv5): Upgrades, validations, and intercomparisons // J. Climate. — 2017. — Vol. 30, Iss. 20. — P. 8179–8205. DOI: 10.1175/jcli-d-16-0836.1.Huang, B., Thorne, P.W., Banzon, V.F., Boyer, T., Chepurin, G., Lawrimore, Jay, H., Menne, M.J., Smith, T.M., Vose, R.S., and Huai-Min Zhanget, Extended Reconstructed Sea Surface Temperature, Version 5 (ERSSTv5): Upgrades, validations, and intercomparisons, J. Climate, 2017, vol. 30, no. 20, pp. 8179–8205. doi 10.1175/JCLI-D-16-0836.1.Kanamitsu M., Ebisuzaki W., Woollen J. et al. NCEP-DOE AMIP-II Reanalysis (R-2) // Bulletin of the American Meteorological Society. — 2011. – Vol. 83, № 11. — P. 1631–1644. DOI: 10.1175/BAMS-83-11-1631.Kanamitsu, M., Ebisuzaki, W., Woollen, J., Yang, S-K., Hnilo, J.J., Fiorino, M., and Potter, G.L., NCEP-DOE AMIP-II Reanalysis (R-2), Bulletin of the American Meteorological Society, 2011, vol. 83, no. 11, pp. 1631–1644. doi 10.1175/BAMS-83-11-1631.Kleidon A., Zehe E., Loritz R. ESD Ideas: Structures dominate the functioning of Earth systems, but their dynamics are not well represented // Earth Syst. Dynam. — 2019. — Discuss. [preprint]. DOI: 10.5194/esd-2019-52.Kleidon, A., Zehe, E., and Loritz, R., ESD Ideas: Structures dominate the functioning of Earth systems, but their dynamics are not well represented, Earth Syst. Dynam., 2019, Discuss., [preprint]. doi 10.5194/esd-2019-52.Lucarini V., Fraedrich K., Ragone F. New Results on the Thermodynamic Properties of the Climate System // J. Atmos. Sci. — 2011. — Vol. 68, № 10. — P. 2438–2458. DOI: 10.1175/2011JAS3713.1.Lucarini, V., Fraedrich, K., and Ragone, F., New Results on the Thermodynamic Properties of the Climate System, J. Atmos. Sci., 2011, vol. 68, no. 10, pp. 2438–2458. doi 10.1175/2011JAS3713.1.Lucarini V., Pascale S. Entropy production and coarse graining of the climate fields in a general circulation model // Climate Dynamics. — 2014. — Vol. 43. — P. 981–1000. DOI: 10.1007/s00382-014-2052-5.Lucarini, V. and Pascale, S., Entropy production and coarse graining of the climate fields in a general circulation model, Climate Dynamics, 2014, vol. 43, pp. 981–1000. doi 10.1007/s00382-014-2052-5.Paltridge G.W. A physical basis for a maximum of thermodynamic dissipation of the climate system // Quart. J. Roy. Meteor. Soc. — 2001. — Vol. 127(572). — P. 305–313. DOI: 10.1002/qj.49712757203.Paltridge, G.W., A Physical Basis for a Maximum of Thermodynamic Dissipation of the Climate System, Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 2001, vol. 127, no. 572, pp. 305–313. doi 10.1002/qj.49712757203.Pascale S., Gregory J.M., Ambaum M., Tailleux R. A parametric sensitivity study of entropy production and kinetic energy dissipation using the FAMOUS AOGCM // Climate Dynamics. — 2012. — Vol. 38(5). — P. 1211–1227. DOI: 10.1007/s00382-011-0996-2.Pascale, S., Gregory, J.M., Ambaum, M., and Tailleux, R., A parametric sensitivity study of entropy production and kinetic energy dissipation using the FAMOUS AOGCM, Climate Dynamics, 2012, vol. 38, no. 5, pp. 1211–1227. doi 10.1007/s00382-011-0996-2.Pascale S., Gregory J.M., Ambaum M., Tailleux R. Climate entropy budget of the HadCM3 atmosphere–ocean general circulation model and of FAMOUS, its low-resolution version // Climate Dynamics. — 2011. — Vol. 36. — P. 1189–1206. DOI: 10.1007/s00382-009-0718-1.Pascale, S., Gregory, J.M., Ambaum, M., and Tailleux, R., Climate entropy budget of the HadCM3 atmosphere–ocean general circulation model and of FAMOUS, its low-resolution version, Climate Dynamics, 2011, vol. 36, pp. 1189–1206. doi 10.1007/s00382-009-0718-1.Yang Y., Sun H., Wang J. et al. Global ocean surface heat fluxes derived from the maximum entropy production framework accounting for ocean heat storage and Bowen ratio adjustments // Earth System Science Data. — 2025. — Vol. 17, Iss. 3. — P. 1191–1216. DOI: 10.5194/essd-17-1191-2025.Yang, Y., Sun, H., Wang, J., Zhang, W., Zhao, G., Wang, W., Cheng, L., Chen, L., Qin, H., and Cai, Zh., Global ocean surface heat fluxes derived from the maximum entropy production framework accounting for ocean heat storage and Bowen ratio adjustments, Earth System Science Data, 2025, vol. 17, no. 3, pp. 1191–1216. doi 10.5194/essd-17-1191-2025.Schlitzer, R., Ocean Data View, https://odv.awi.de, 2025.Schlitzer, R., Ocean Data View, https://odv.awi.de, 2025.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.