Том 40, № 4 (2024)

Цель. Бризовая циркуляция представляет собой распространенное мезомасштабное явление вблизи берегов водоемов. Однако на данный момент опубликовано небольшое количество обзорных работ на эту тему. Поэтому целью данной работы стало дополнение существующих обзоров по бризу путем обобщения имеющихся сведений о влиянии на бризовую циркуляцию интенсивности нагрева воздуха вблизи поверхности суши, стратификации атмосферы, синоптического фонового ветра и силы Кориолиса.

Методы и результаты. Представлен обзор результатов работ, в которых используются теоретические методы исследования, а именно линейная теория и двумерное численное моделирование. Вначале бризовая циркуляция рассматривается в рамках линейной теории. Затем представлено техническое описание двумерных моделей и рассмотрены особенности бриза, полученные с их использованием. На основе обзора опубликованных работ рассмотрено влияние на бризовую циркуляцию четырех основных факторов: потока тепла, стратификации, фонового ветра и силы Кориолиса.

Выводы. В рамках линейной теории бризовая циркуляция представляет собой внутреннюю инерционно-гравитационную волну суточного периода. Влияние фонового синоптического ветра на линейную бризовую циркуляцию в зависимости от однородности его профиля по вертикали приводит к асимметрии циркуляции относительно берега и ограничению бриза по высоте. Важной чертой бризовой циркуляции в нелинейном режиме, полученной с использованием численного моделирования, является формирование распространяющегося по поверхности гравитационного течения. В нелинейном режиме существует достаточно четкая зависимость скорости распространения фронта гравитационного течения от его высоты. Основным проявлением влияния фонового ветра на гравитационное течение является изменение высоты течения, вследствие чего формируется стационарное или быстро распространяющееся течение. Как в рамках линейной теории, так и в нелинейном режиме вследствие влияния силы Кориолиса формируется вдольбереговая компонента скорости, что приводит к уменьшению перпендикулярной к береговой черте компоненты скорости.

Цель. Цель работы – проанализировать особенности среднемноголетней структуры и внутригодовой изменчивости характеристик температурных фронтов на поверхности океана в районе Патагонского шельфа. 

Методы и результаты. Использовались среднесуточные значения температуры на поверхности океана из массива NOAA OI SST и составляющих геострофической скорости на поверхности из реанализа CMEMS в узлах регулярной сетки с шагом 0,25° за 1993–2020 гг. На западной периферии крупномасштабного циклонического меандра, образуемого течениями в районе Патагонского шельфа, южнее 45° ю. ш. выделены три ветви Субантарктического фронта, соответствующие Западному Фолклендскому течению и двум струям Восточного Фолклендского течения. Севернее 45° ю. ш., где наблюдается одна струя Фолклендского течения, выделена одна ветвь Субантарктического фронта. На восточной периферии выделены фронт, соответствующий общему потоку Бразильского течения и рециркуляции Фолклендского течения, и южнее 40° ю. ш. – отдельная ветвь Субантарктического фронта, соответствующая еще одной рециркуляции Фолклендского течения. Показано, что на западной периферии меандра ветви фронта максимально обостряются в феврале – марте, на восточной периферии – в марте – апреле, в зоне схождения Фолклендского и Бразильского течений – в апреле – мае и ноябре.

Выводы. Выявлено, что основная ветвь Субантарктического фронта на западной периферии циклонического меандра южнее 45° ю. ш. проходит над изобатами 900–1000 м, севернее 45° ю. ш. – над изобатами 150–170 м, ближе к зоне схождения Фолклендского и Бразильского течений – над изобатами 50–60 м. На восточной периферии меандра севернее 40° ю. ш. основная ветвь фронта проходит над изобатами 800–1000 м, южнее 40° ю. ш. – над изобатами 1000–2500 м. Установлено, что отличия сезонного цикла интенсивности разных ветвей Субантарктического фронта связаны с различиями в скорости прогрева и охлаждения поверхностных вод, разделяемых этими ветвями.

Цель. Для развития региональных спутниковых алгоритмов требуется информация о биооптических показателях вод конкретной акватории. Настоящие исследования были нацелены на сравнительный анализ биооптических показателей вод, различающихся по оптическим характеристикам и трофическому статусу.

Методы и результаты. В работе объединены результаты измерений спектральных биооптических показателей вод Черного, Азовского, Баренцева и Норвежского морей, Северного Ледовитого океана, Южного океана (Атлантический сектор), Байкала и Телецкого озера. Спектральные показатели поглощения света пигментами фитопланктона, неживым взвешенным и окрашенным растворенным органическим веществом измеряли в соответствии с современными протоколами International Ocean Colour Coordinating Group. Районы исследования включали акватории с уровнем трофности от олиготрофного до эвтрофного (значения концентрации хлорофилла а в поверхностных водах варьировали от 0,066 до 24 мг×м⁻³) и с высокой неоднородностью по биооптическим характеристикам: значения показателя суммарного поглощения света взвешенным и растворенным органическим веществом (за исключением воды) на длине волны 438 нм изменялись от 0,021 до 0,97 м⁻¹.

Выводы. Во всех районах отмечена высокая (в пределах порядка и более) пространственная изменчивость значений показателей поглощения света всеми оптически активными компонентами среды и их соотношений, что свидетельствует об оптической контрастности вод в каждом из исследованных регионов. Показана региональная специфичность коэффициентов параметризации поглощения света пигментами фитопланктона, неживым взвешенным и окрашенным растворенным органическим веществом. Установленные коэффициенты параметризации поглощения света оптически активными компонентами среды могут быть использованы для развития региональных спутниковых алгоритмов оценки показателей качества и продуктивности вод. На основе эмпирически установленных зависимостей были предложены дополнительные показатели качества водной среды – глубина зоны фотосинтеза и характеристика спектрального состава света в море, которые могут восстанавливаться по спутниковым данным.

Цель. Цель работы – исследовать статистику отношения ширины обрушивающегося гребня к его длине для активной фазы обрушений ветровых волн и оценить возможности аппроксимации геометрической формы обрушения эллипсом.

Методы и результаты. Экспериментальные данные, включающие видеосъемку морской поверхности и измерения скорости ветра, были получены со стационарной океанографической платформы Черноморского гидрофизического подспутникового полигона Морского гидрофизического института (район пгт Кацивели, Южный берег Крыма) в период 2015–2019 гг. В результате обработки натурных данных сформированы массивы длин и площадей обрушивающихся гребней и синхронных измерений скорости ветра.

Выводы. Получены распределения случайных величин, пропорциональных отношениям малых осей к большим осям обрушений, и показано, что эти распределения совпадают для различных масштабов барашков, что указывает на подобие геометрической формы обрушений. Среднее значение отношения осей обрушений составило 0,41. Сделан вывод, что средняя геометрическая форма границ обрушений удовлетворительно описывается эллипсом с эксцентриситетом 0,91. Отношение скорости центроида обрушения к скорости его переднего фронта составило 0,9.

Цель. Обоснована конструкция плавучих морских станции с волновым генератором энергии, обладающая большей эффективностью по сравнению с известными конструкциями за счет использования бортовой качки и резонансного режима работы.

Методы и результаты. Изложен резонансный метод преобразования энергии волн в электрическую и описана конструкция автономной станции на основе резонансного преобразования бортовой качки корпуса станции в электрическую энергию. Метод предполагает подстройку частоты собственных угловых колебаний корпуса плавучей станции к преобладающей частоте набегающих волн. В статье теоретически доказано, что преобразование энергии бортовой качки эффективнее, чем преобразование энергии вертикальных колебаний. Это связано с тем, что величина демпфирования при вертикальных колебаниях тела судовой или цилиндрической формы в воде больше величины демпфирования при угловых колебаниях такого тела. Кроме того, показано, что метод преобразования эффективен для применения при разработке измерительных систем и накопительных устройств. Для реализации резонансного метода преобразования энергии волн предложена конструкция плавучей станции. Показано, что подстройка частоты собственных бортовых колебаний корпуса станции к преобладающей частоте набегающих волн может производиться с помощью дополнительных наполняемых цистерн. Описан алгоритм настройки бортовых колебаний корпуса в резонанс с преобладающей частотой волн. Предложена кинематическая схема механического преобразователя энергии качки в электрическую энергию.

Выводы. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальным исследованием модели устройства в волновом опытовом бассейне, которое показало, что гидродинамическая эффективность предложенного волнового преобразователя возрастает при уменьшении высот волн.