Том 40, № 2 (2024)

Цель. Выведены дискретные уравнения абсолютной и потенциальной завихренности для трехмерной стратифицированой несжимаемой жидкости как точное следствие конечно-разностных уравнений динамики моря в поле потенциальной массовой силы в адиабатическом приближении при условии отсутствия вязкости и диффузии. Проанализированы свойства двумерных проекций уравнения абсолютной завихренности на координатные плоскости и трехмерного уравнения потенциальной завихренности.

Методы и результаты. Для определения дискретных аналогов абсолютной завихренности и потенциальной завихренности вводится дополнительная сетка, на которой выписываются конечно-разностные уравнения для компонент абсолютной завихренности и составляющих потенциальной завихренности. Получены двумерные аналоги трехмерного уравнения вихря в плоскостях (x, y), (y, z) и (x, z), обладающие свойством сохранения вихря, энергии и энстрофии (квадрата завихренности). Из разностной системы трехмерных уравнений динамики моря в адиабатическом приближении при отсутствии вязкости и диффузии выводится дискретное уравнение для потенциальной завихренности стратифицированной несжимаемой жидкости.

Выводы. В случае линейного уравнения состояния получены дискретные уравнения абсолютной завихренности и потенциальной завихренности, которые являются точным следствием конечно-разностной постановки. Уравнение потенциальной завихренности имеет дивергентный вид, двумерные аналоги уравнения завихренности на плоскостях (x, y), (y, z), (x, z) обладают двумя квадратичными инвариантами, что обеспечивает сохранение среднего волнового числа.

Цель. Представить и провести анализ нового способа определения поглощения света в море, при помощи которого впервые удалось перенаправить к фотоприемнику практически все рассеянные лучи от исследуемого светового пучка по пути его распространения в слабо поглощающей среде; показать, что столь эффективный сбор рассеянных лучей новым способом позволит не только избежать значительных ошибок от сильного влияния рассеяния на результаты определения поглощения света, но и отказаться от необходимости проводить коррекцию данных путем теоретического моделирования – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Отмечено, что морская вода является слабо поглощающей светорассеивающей средой, в которой распространение света сопровождается во много раз более сильным его ослаблением от рассеяния, чем от поглощения. Следовательно, при определении поглощения света морской водой на приемном устройстве необходимо собрать не только тот свет, который прошел определенное расстояние в среде после поглощения, но и весь рассеянный на этом пути свет. Ранее был предложен метод измерения поглощения света в зеркальной цилиндрической кювете с источником света на входе и коллектором с фотоприемным устройством на выходе (reflective-tube absorption meter), а несколько позднее – аналогичный метод, в котором было использовано явление полного внутреннего отражения. В связи с недостаточно полным сбором рассеянных лучей в этих методах приходится прибегать к коррекции данных путем теоретического моделирования. Предлагается новый способ определения спектрального поглощения света в конической кювете из кварцевого стекла с внешним зеркальным конусом. Показано, что конусная кювета позволяет собрать преобладающую часть рассеянных лучей в проходящем через водную среду пучке путем более эффективного перенаправления этих лучей от места рассеяния света до приемника. Остальная, вышедшая из кюветы часть рассеянных лучей достигает приемника в воздушном пространстве между кюветой и конусным зеркалом за счет многократного отражения от него. В результате новым способом удается перенаправить к приемнику практически весь рассеянный свет и таким образом минимизировать ошибки определения поглощения света в слабо поглощающей среде. Для количественной оценки преимуществ нового способа были проведены расчеты геометрических параметров распространения рассеянного света для конусной кварцевой кюветы на воздухе и для той же кюветы, помещенной внутрь внешнего конусного зеркала.

Выводы. Сочетание конусной кварцевой кюветы и внешнего зеркального конуса в новом способе позволило собрать в приемнике все рассеянные в слабо поглощающей среде лучи и тем самым не только исключить их сильное влияние на определение поглощения света в море, но и отказаться от необходимости проводить коррекцию данных путем теоретического моделирования.

Цель. Основная цель статьи – оценить на основе спутниковых и контактных измерений особенности пространственно-временной изменчивости характеристик годовых колебаний уровня Балтийского моря, сравнить их с теоретическими дисперсионными соотношениями различных видов низкочастотных волн и исследовать возможные механизмы амплитудной модуляции годовых колебаний уровня Балтики.

Методы и результаты. На основе гармонического анализа спутниковой альтиметрической информации и 132-летнего ряда мареографных измерений уровня моря в Стокгольме проверяется гипотеза о волновой природе годовых колебаний уровня Балтийского моря и исследуются причины их амплитудной модуляции. Показано, что волнообразные годовые возмущения в поле уровня моря распространяются с юго-запада на северо-восток со скоростями 0,06–0,36 м/с. Сравнение оцененных характеристик годовых волн с теоретическими дисперсионными соотношениями различных видов низкочастотных волн показало, что они идентифицируются на большей акватории моря как внутренние волны Кельвина и только на юго-западе моря в редких случаях их характеристики согласуются с теоретическими дисперсионными соотношениями бароклинных топографических волн Россби. Отмечены заметные междекадные изменения параметров годовых волн в поле уровня моря. По сравнению с периодом 1993–2021 гг., в десятилетие 1993–2002 гг. наблюдается понижение в 1,5–3 раза амплитуды гармоники Sa, более поздний максимум годового хода уровня (приблизительно на 1 месяц), а также заметное замедление фазовой скорости годовой волны на юго-западе моря.

Выводы. Причины амплитудной модуляции годовых волн в поле уровня моря связываются с влиянием колебаний с периодами 352, 374 и 379 суток, которые выделяются в виде небольших, но значимых амплитудных максимумов в спектрах ряда Фурье уровня моря, скорости ветра и атмосферного давления. Предполагается, что еще один механизм амплитудной модуляции годовых волн может быть связан с изменениями частоты собственных бароклинных колебаний Балтийского моря из-за межгодовых вариаций его стратификации.

Цель. Получение количественных оценок влияния апвеллинга на распределение хлорофилла а летом в прибрежной зоне Юго-Восточной Балтики в 2000–2019 гг. – цель настоящей работы.

Методы и результаты. По данным о повторяемости и продолжительности апвеллингов за июнь – август 2000–2019 гг. и мультисенсорных спутниковых наблюдений концентрации хлорофилла а в прибрежной зоне Юго-Восточной Балтики получены среднемноголетние и среднемесячные значения исследуемых параметров и оценено влияние событий подъема вод на концентрацию хлорофилла а в поверхностном слое моря. Показано влияние апвеллингов на пространственное распределение хлорофилла а в прибрежной зоне моря. Установлено, что снижение его концентрации более чем на 1 мг/м³ наблюдается после подъема вод любой продолжительности и во все месяцы. Максимальные падения концентрации хлорофилла а отмечены после длительных апвеллингов продолжительностью > 6 дней.

Выводы. В течение недели после апвеллинга летом в прибрежной зоне Юго-Восточной Балтики наблюдаются пониженные концентрации хлорофилла а по сравнению со значениями, предшествующими возникновению апвеллинга.

Цель. Целью данной работы является анализ особенностей вертикального распределения растворенного кислорода и сероводорода в глубоководной части Черного моря в современный период.

Методы и результаты. Использованы данные 11 экспедиционных исследований Морского гидрофизического института (МГИ) РАН в Черном море в пределах экономической зоны России в 2017–2019 гг. В этих съемках были выполнены более 200 глубоководных станций, на которых с помощью кассеты из 12 батометров прибора Sea-Bird 911 plus CTD Seabird-Electro-nics INC проводили отбор гидрохимических проб на определенных изопикнических поверхностях. Как правило, это был ряд значений σ_t, равных 16,30; 16,20; 16,10; 16,00; 15,95; 15,90; 15,80; 15,60; 15,40; 15,20; 15,00; 14,60 кг/м³. Такая схема позволила определить общее вертикальное распределение кислорода в оксиклине и с точностью до 0,05 кг/м³ в шкале условной плотности – глубины появления сероводорода.

Выводы. Во всех съемках уменьшение содержания кислорода с глубиной (и, соответственно, возникновение оксиклина) начиналось ниже изопикнической поверхности σ_t = 14,5 кг/м³. Положение верхней границы субкислородной зоны, определяемое по изооксигене 10 мкМ, не было строго изопикнично, а находилось в интервале изопикн σ_t = 15,7–15,85 кг/м³, при этом связать изменение положения верхней границы с определенным гидрологическим сезоном не удалось. Например, наиболее глубокое залегание верхней границы ниже σ_t = 15,8 кг/м³ наблюдалось как в ноябре и декабре 2017 г., так и в августе 2018 г. Опускание изооксигены 10 мкМ до σ_t = 15,9 кг/м³ в районе керченского шельфа связано, видимо, с существованием более объемного и более холодного промежуточного слоя над шельфом в декабре 2017 г. Положение верхней границы сероводорода, определяемой по изосульфиде 3 мкМ, только в одной из 11 съемок, в апреле 2017 г., было приподнято почти до изопикнической поверхности, равной 16,0 кг/м³, а во всех остальных случаях (в том числе и в августе 2017 г., через полгода после поднятия) неизменно находилось в интервале изопикн σ_t = 16,10–16,15 кг/м³. Концентрация сероводорода на глубинах 1750–2000 м остается в течение последних 25 лет неизменной и находится на уровне 383 ± 2 мкМ.

Цель. Целью работы является построение автоматизированной системы расчета полей скорости дрейфа морского льда по данным радиолокационных (РЛ) измерений спутников Sentinel-1A/B на основе метода нормализованной максимальной кросс-корреляции. Изложены условия и результаты численного эксперимента, направленного на оценку эффективности указанной методики для 63 пар изображений района пролива Фрама в летне-осенние периоды 2017 и 2018 гг. Подробно описан алгоритм проведения расчетов, приведены качественные и количественные характеристики результатов. Изложены соображения об эффективности указанного подхода для регулярного мониторинга ледяного дрейфа.

Методы и результаты. Для расчетов использовался метод максимальной кросс-корреляции (МКК), основанный на автоматизированном поиске фотографически сходных фрагментов на парах изображений, для которых известен временной интервал съемки. При этом в качестве метрики близости использовался коэффициент корреляции Пирсона. В результате построены 63 поля скорости дрейфа морского льда в районе пролива Фрама, каждое из которых имеет пространственный масштаб порядка нескольких сотен тысяч квадратных километров. Предложен метод фильтрации ложных корреляций.

Выводы. Используемый в работе подход позволяет в автоматическом режиме восстанавливать динамику дрейфа морского льда по спутниковым снимкам с высоким пространственным разрешением (40 м). Восстановленные поля скорости охватывают значительные по площади фрагменты поверхности океана. Предложенный метод фильтрации ложных корреляций позволяет эффективно выделять фрагменты результатов расчетов с искажениями, обусловленными ограничениями алгоритма МКК.

Цель. Цель работы – представить углубленное описание экстремального шторма на Черном море в ноябре 2023 г. в терминах характеристик полей ветра и волн на основе модельных расчетов, спутниковых данных и натурных измерений.

Методы и результаты. Расчет атмосферных полей был выполнен с помощью модели WRF, расчет волновых полей – с помощью модели SWAN. Представлено подробное описание поля ветра и волновых полей, их развитие при шторме. Исследовано явление затенения волн Крымским п-овом. С использованием доступных данных на период шторма результаты расчетов сопоставлены с данными спутниковых альтиметров, волнового скаттерометра CFOSAT SWIM и радара с синтезированием апертуры. Представлены данные контактных измерений, проведенных в период шторма штатным оборудованием с океанографической платформы Черноморского гидрофизического подспутникового полигона Морского гидрофизического института РАН в прибрежной зоне Южного берега Крыма. Расчет характеристик волн вблизи океанографической платформы сделан методом вложенных сеток.

Выводы. Получено, что при шторме в ноябре 2023 г. в Черном море максимальные высоты волн и максимальные периоды волн превышали 9 м и 13 с соответственно. Показано, что результаты расчетов подтверждаются большим объемом спутниковых данных. Расчет характеристик волн вблизи океанографической платформы согласуется с контактными измерениями с платформы. Поскольку использованные конфигурации моделей позволили получить поля физических характеристик волн с высокой степенью достоверности, их можно применять для надежного прогноза экстремальных штормов в Черном море. Затенение волн Крымским п-овом привело к понижению в два и более раз высоты экстремальных волн в протяженной прибрежной акватории от южной оконечности полуострова до м. Чауда (35,8^о в. д.).