Поток энтропии через поверхность раздела между океаном и атмосферой как интегральный индикатор климатических изменений океана

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 4^о 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.

1. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций : моногр. : пер. с англ. — М. : Мир, 1973. — 280 c.

2. 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.

3. Кильматов Т.Р. Методы неравновесной термодинамики в физической океанологии : моногр. — Владивосток : ДВО АН СССР, 1987. — 79 с.

4. Кильматов Т.Р. Средний поток энтропии через поверхность Мирового океана // ДАН СССР. — 1984. — Т. 275, № 4. — С. 1015–1018.

5. Краус Е. Взаимодействие атмосферы и океана : моногр. : пер. с англ. — Л. : Гидрометео-издат, 1976. — 295 с.

6. 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.

7. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 1 : моногр. — М. : Наука, 1973. — 536 с.

8. Шулейкин В.В. Физика моря : моногр. — М. : Наука, 1968. — 1090 с.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Schlitzer, R., Ocean Data View, https://odv.awi.de, 2025.