Физика океана

Физика океана
1. На основе длительных высокоточных наблюдений над гидрологическими
характеристиками в субполярной Северной Атлантике и высокоразрешающих расчетов
характеристик теплообмена океан-атмосфера обнаружен и физически объяснен новый
механизм формирования промежуточных вод Северной Атлантики - главного
климатического сигнала для глобальной термохалинной циркуляции. Эти воды
формируются под влиянием взаимодействия океана и атмосферы и определяют
интенсивность меридиональной циркуляции. Установлено, что их формирование
происходит не только в море Лабрадор, но и в море Ирмингера, где характеристики
конвекции достаточно похожи. Причем аномалии потоков тепла океан-атмосфера,
определяющие интенсивность конвективных процессов на поверхности в Лабрадорском
море и море Ирмингера связаны с разными модами Северо-Атлантического колебания.
Формирование вод в области моря Ирмингера инициируется усилением восточноарктического переноса и существенным ослаблением зональной молы. Формирующиеся в
результате поверхностной трансформации промежуточные водные массы, образующие
возвратный поток океанской термохалинной циркуляции и определяющие интенсивность
межокеанского конвейера, идентифицируются не только по температуре и солености, но и
содержанию кислорода. (Лаб. взаимодействия океана и атмосферы и мониторинга
климата, рук. – проф. Гулев С.К.).
Рис. На правых панелях приведены характерные картины аномалий
теплообмена с положительными аномалиями в море Лабрадор (вверху) и в море
Ирмингера (внизу). Два разреза показывают величины растворенного кислорода в
море Лабрадор и море Ирмингера по данным экспедиционных рейсов, подтверждая
возможность формирования вод в обоих бассейнах.
2. Разработана новая методология оценивания климатических характеристик
турбулентных потоков явного и скрытого тепла на границе океан-атмосфера на основе
применения двойной экспоненциальной функции распределения. Использование метода
позволяет существенно, в 3-8 раз, снизить ошибки репрезентативности при оценивании
климатических величин теплообмена океана и атмосферы. Были построены климатологии
нового поколения характеристик взаимодействия океана и атмосферы, позволившие
достоверно оценивать изменчивость параметров взаимодействия в областях, слабо
обеспеченных данными, в первую очередь в Лабрадорском море и Южном океане. На рис.
приведены величины ошибок репрезентативности, оцененные в рамках традиционного
подхода («прямого осреднения») и с помощью двойных экспоненциальных функций
распределения. Их сопоставление обнаруживает уменьшение погрешностей в
субполярных областях Северного полушария и в Южном океане на 10-20 Вт/м2.
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
-160
200
-140
220
-120
240
-100
260
-100
-80
280
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-160
220
-140
240
-120
260
-100
280
-80
80
80
80
80
60
60
60
60
40
40
40
40
20
20
20
20
0
0
0
0
-20
-20 -20
-20
-40
-40 -40
-40
-60
-60 -60
-60
-80
-80 -80
(A)
-100
-80
Qe, total samp.err, JAN
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-160
220
-140
240
-120
260
-100
280
-80
(B)
-100
-80
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
15
20
25
30
40
50
60
W/m*m
-80
Qe, total pdf.err, JAN
-60
2
5
10
160
180
200
-160
220
-140
240
-120
260
-100
280
-80
Рис. Ошибки репрезентативности в величинах потоков скрытого тепла в
зимний период про использовании прямого осреднения потоков (А) и двойных
экспоненциальных функций распределения (В).
Новая методология позволяет оценивать экстремальные величины турбулентных потоков
тепла на границе океан-атмосфера по ограниченному количеству наблюдений. В
частности, были оценены величины турбулентных потоков тепла 5%-ной и 1%-ной
повторяемости за период 1948-2004 гг. Экстремальные величины потоков могут
составлять 2000-2500 Вт/м2 и связаны с тыловыми частями глубоких среднеширотных
циклонических образований. Использование новой методологии построения
климатических полей турбулентных потоков тепла позволяет существенно улучшить
оценивание теплового баланса океана для задач климатического прогнозирования и
моделирования океанской циркуляции (Лаб. взаимодействия океана и атмосферы и
мониторинга климата, рук. – проф. Гулев С.К.).
3. Сформулирован закон автомодельного роста ветровых волн. Это позволило
установить физические значимые количественные критерии построения функций
источников и стоков в прогностических моделях ветрового волнения. (Лаб. нелинейных
волновых процессов, рук. – акад. Захаров В.Е.).
4. Теоретически и численно исследована сильно нелинейная стадия модуляционной
неустойчивости поверхностных волн. Показано, что этот механизм может быть причиной
возникновения волн экстремальной амплитуды (волны убийцы). (Лаб. нелинейных
волновых процессов, рук. – акад. Захаров В.Е., к.н. Бадулин С.И.)
5. Опираясь на новый математический аппарат (вейвлеты и др.), выполнен новый
анализ вариаций интегрально нестационарных и многомасштабных колебаний климата в
Позднем Плейстоцене. Ряды исходных данных за 916 тыс. лет были получены от
французских и швейцарских ученых, работающих сейчас по проекту EPICA – European
Project of Ice Coring in Antarctica. Эти данные с большей детальностью и точностью
представляют девять ледниковых циклов. В результате выявлена симметрия
пилообразных форм ледниковых циклов относительно так называемой морской изотопной
стадии 11 (примерно 400 тыс. лет назад). Четыре наиболее недавние цикла отличались
резкими потеплениями и последующими немонотонными похолоданиями. Наоборот,
потепления четырех циклов, наблюдавшихся ранее стадии 11, были немонотонными, а их
похолодания – более резкими. Длины циклов, непосредственно примыкающих к стадии
11, были минимальны (примерно по 70 тыс. лет), а длины самого недавнего (вюрмского) и
самого древнего (девятого) циклов были максимальны (примерно по 120 тыс. лет). Эти
особенности форм ледниковых циклов определялись, в основном, частотной модуляцией
откликов глобальной климатической системы на орбитальные изменения приходящей
солнечной радиации за счет циклов эксцентриситета и наклонения, наиболее четко
выраженные в экваториальном поясе Земли. Полученные результаты позволяют поставить
вопрос о существенном пересмотре теории ледниковых циклов М.Миланковича. (Лаб.
синоптических процессов, рук. – академик Монин А.С.).
6. Исследовано нелинейное взаимодействие баротропных волн Россби с
экваториальными бароклинными волнами Россби. Рассмотрены тройные взаимодействия
таких волн в рамках двухслойной модели мелкой воды на экваториальной бета-плоскости.
Показано, что свободная баротропная волна Россби способна резонансно возбуждать
пару бароклинных экваториальных волн Россби с амплитудами, намного превосходящими
амплитуду баротропной волны. В свою очередь, нелинейное взаимодействие между
возбужденными таким образом захваченными бароклинными модами приводит к
нелинейному рассеянию свободной баротропной волны на экваториальном волноводе (в
нелинейном приближении такое рассеяние отсутствует). Таким образом, указанное
взаимодействие обеспечивает как генерацию экваториальных волн большой амплитуды,
так и обратное влияние экватора на средние широты. Огибающие волновых пакетов
бароклинных волн описываются уравнениями Гинзбурга-Ландау, широко известными в
нелинейной физике; пространственно-временная эволюция огибающих сопровождается
образованием характерных «доменных стенок» и «темных солитонов». (Рук. – д.ф-м.н.
Резник Г.М.).
7. Разработана теория волн в океане с учетом ледяной поверхности, что особенно
важно при изучении климатической изменчивости Арктического бассейна. В частности,
была построена линейная теория краевых волн в покрытом льдом море у прямолинейного
берега над наклонным дном. Предпринята успешная попытка объединить два направления
в изучении волн в океане – динамики захваченных шельфом волн и динамики волн под
ледяным покровом, фактически существовавшими по отдельности. Построена
теоретическая модель, описывающая распространение внутренних волн под ледяным
покровом. (Рук. – д.ф-м.н. Резник Г.М, к.ф.-м.н. Музылев С.В.).
8. На базе численных экспериментов с вихреразрешающей моделью океана
исследован вопрос о возможности эрозии донных осадков и переноса образующейся
взвеси в придонном слое Балтики применительно к местам захоронения химоружия.
Получено, что даже в экстремальных ситуациях, связанных с затоками Североморских вод
в Балтику и штормовым ветром, придонное напряжение трения в местах захоронений не
достигает пороговых значений, за которыми начинается эрозия. (Лаб. морской
турбулентности, рук. – проф. Журбас В.М.).
9. Построена полная модель неустойчивости бароклинного фронта на масштабах
интрузионного расслоения в приближении экваториальной -плоскости. Показано, что в
рамках анализируемых решений термохалинная и диффузионно-бароклинная
неустойчивости не могут развиваться, если изолинии средних полей солености и
плотности имеют параболическую форму, симметричную относительно экватора, что
определяет важную роль меандрирования Экваториального противотечения в развитии
трансэкваториального интрузионного обмена в Тихом океане. (Лаб. морской
турбулентности, рук. – д.ф-м.н. Кузьмина Н.П.).
10. На основе длительных (полтора года) инструментальных измерений исследовано
влияние муссонных эффектов на циркуляцию вод в северной части Индийского океана.
Впервые удалось оценить фоновую циркуляцию вод в этом регионе. Выявлено, что
суперпозиция фоновой и летней фазы муссонной компоненты поля течений, имеющих
одинаковую
антициклоническую
завихренность,
приводит
к
существенной
интенсификации системы западного пограничного переноса в Сомалийском районе океана
(Лаб. крупномасштабной изменчивости гидрофизических полей, рук. – д.ф-м.н. Бышев
В.И., чл.-корр. РАН Нейман В.Г., к.г.н. Щербинин А.Д.).
11. Исследован отклик северной части Индийского океана на Эль-Ниньо. Показано,
что это явление в равной степени касается не только акватории Тихого, но также
Индийского океанов. Возмущения термодинамических параметров системы океанатмосфера в рассмотренных регионах имеют зеркальное отражение и наиболее выражены
в Индийском океане в межмуссонную фазу (Лаб.крупномасштабной изменчивости
гидрофизических полей, рук. – д.ф-м.н. Бышев В.И., чл-корр. РАН Нейман В.Г., д.г.н.
Романов Ю.А., к.ф.-м.н. Скляров В.Е., к.г.н. Щербинин А.Д.).
12. Успешно завершен проект РП-22.1/001 «Разработка технологий многоуровневого
регионально-адаптированного экологического и геодинамического мониторинга морей
Российской Федерации в первую очередь районов шельфа и континентального склона»
ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и
техники» на 2002-2006 годы». Создан пилотный вариант системы комплексного
экологического мониторинга, в составе которого существенное место занимают
оптическая аппаратура и технологии. Оптический аппаратурный комплекс включает
судовой многофункциональный лидар, лазерный проточный флуориметр, плавающий
спектрорадиометр для верификации алгоритмов обработки спутниковых данных о цвете
вод, погружаемый прозрачномер, измеритель светового режима на поверхности океана и в
водной толще, автономный зонд-прозрачномер ПУМ-А. Разработанные технологии
реализованы в виде программных комплексов для картографирования пленочных
загрязнений по спутниковым радиолокационным изображениям и для региональноадаптированной обработки данных спутниковых сканеров цвета, а также информационной
базы данных, осуществляющей функции автоматизированного рабочего места и
содержащей как судовые, так и спутниковые данные. Разработанный комплекс успешно
апробирован в натурных условиях в экспедиции на НИС «Рифт» на Каспийском море.
Применение разработанного комплекса обеспечит эффективный контроль ключевых
параметров состояния морской среды, поступления и распространения растворенных и
взвешенных примесей, поверхностных загрязнений, в частности нефтяных пленок. (Лаб.
оптики океана, рук. – д.ф-м.н. Копелевич О.В.).
13. На основе анализа рядов гидрометеорологических данных исследована
долгопериодная (1950 – 2005 гг.) изменчивость температуры поверхности Черного моря
(ТПМ) и ее связь с атмосферными параметрами - температурой воздуха (ТА),
приповерхностным ветром и индексом Северо-Атлантического Колебания (САК).
Установлено, что изменчивость зимней ТПМ, играющей определяющую роль в
формировании
кислородосодержащего
слоя
водоема,
представляет
собой
перемежающиеся периоды ее увеличения/уменьшения продолжительностью 6-10 лет. Эта
изменчивость хорошо коррелируется с колебаниями ТА, которые, в свою очередь, связаны
с меридиональным переносом в атмосфере. Показано, что усиление/ослабление ветра
южных румбов или ослабление/усиление ветра северных румбов вызывают
увеличение/уменьшение ТА и ТПМ. При высоких положительных значениях индекса
САК южный компонент ветра ослабевает, а ТА и ТПМ уменьшаются. При умеренных
положительных и близких к нулю значениях индекса САК преобладает юго-западный
ветер, а ТА и ТПМ растут. При отрицательных значениях индекса САК доминирует
северо-восточный ветер, что приводит к уменьшению ТА и ТПМ. Практическое значение
полученных результатов заключается в возможности прогнозирования тенденций
климатических колебаний в Черном море на основе анализа крупномасштабных
атмосферных процессов (Лаб. экспериментальной физики океана, рук. – д.ф-м.н. Зацепин
А.Г. , к.ф.-м.н. Казьмин А.С.).
14. В северо-восточной части Черного моря исследован малоизвестный механизм
формирования прибрежного течения, обусловленный нестационарным и неоднородным
по пространству ветровым воздействием. Известно, что северный, или северо-восточный
ветер ("норд-ост") имеет неоднородное пространственное распределение скорости над
Российским сектором моря из-за блокирующего влияния Кавказских гор. Так, в районе от
Керчи до Туапсе, горы либо отсутствуют, либо имеют незначительную высоту и не
создают существенного препятствия для норд-оста, тогда как к востоку от Туапсе, горы
являются достаточно высокими и массивными для того, чтобы его блокировать. В первую
половину лета, при норд-осте, интенсивное ветровое воздействие на верхний однородный
слой приводит к быстрому его выхолаживанию за счет турбулентного вовлечения
холодной воды из-под неглубоко расположенного термоклина. Вследствие этого
температура верхнего слоя западнее Туапсе, в области сильного ветра, за двое суток
может понизиться на 8-12 оС, тогда как восточнее Туапсе, в области слабого ветра, она
практически не изменяется. Возникает узкая фронтальная зона, расположенная почти
перпендикулярно берегу и разделяющая холодные, более плотные воды, с одной стороны
и теплые, менее плотные – с другой. Гидродинамический анализ показывает, что в такой
ситуации развивается интенсивная струя прибрежного течения, распространяющая
теплую воду на северо-запад со скоростью 50-60 см/c. По спутниковым данным
установлено, что за несколько суток эта струя достигает района Керченского пролива. За
время своего существования (не менее 2-х недель) она осуществляет значительный
перенос воды и изменяет режим функционирования прибрежной экосистемы. Данный
механизм формирования прибрежного течения может реализовываться в других морях и
районах океана. (Лаб. экспериментальной физики океана, рук. – д.ф-м.н. Зацепин А.Г.,
к.ф.-м.н. Кременецкий В.В.).
15. По результатам исследований, проведенных в 22-м рейсе НИС "Академик Иоффе
показано, что Антарктическая донная вода попадает в восточную котловину
Атлантического океана преимущественно через разлом Вима на широте 11° с.ш., а не
через разлом Романш на экваторе. Этот факт интерпретируется наличием интенсивных
внутренних приливных волн на склонах Срединно-Атлантического хребта в районе
разлома Романш (до 50 м), которые значительно перемешивают и трансформируют
Антарктическую донную воду. В районе разлома Вима на 11° с.ш. амплитуда приливных
внутренних волн не превышает 25 м, что способствует меньшему перемешиванию и
перетеканию Антарктической донной воды через разлом в хребте. (Лаб. внутренних волн
и структуры пограничных слоев океана, рук. – д.ф-м.н. Морозов Е.Г.).
16. Проведено исследование течений в проливе Дрейка посредством вариационного
усвоения данных гидрофизических разрезов через пролив, выполненных в 2003 и 2005 гг.,
а также спутниковых альтиметрических и других данных, в новейшей нестационарной и
нелинейной модели океанской циркуляции. Систематическое изучение течений в проливе
Дрейка, соединяющем Тихий и Атлантический океаны, имеет принципиальное значение
для продвижения в понимании физической природы изменчивости океанской циркуляции
и ее влияния на изменчивость климата Земли. Получены новые важные результаты,
включая выявление западного течения над склоном Антарктиды и объяснение его
происхождения. По результатам анализа данных 2005 г. обнаружена сильная межгодовая
изменчивость течений в проливе, в основном связанная с меандрированием и
вихреобразованием в поле струй Антарктического циркумполярного течения. Полученные
результаты свидетельствуют о необходимости дальнейшего исследования течений в
проливе Дрейка путем выполнения ежегодных разрезов через пролив. (Лаб. морских
течений, рук. – проф. Кошляков М.Н.).
17. Описана термохалинная структура западного бассейна Аральского моря в 2006 г.
Обнаружено, что соленость в западном бассейне продолжает повышаться. На поверхности
она возросла примерно на 2 г/кг с октября 2005 г по март 2006 г и еще на 9 г/кг с марта по
сентябрь 2006 г и составила 109 г/кг. Уровень моря за этот период понизился на 52 см (по
данным прямых геодезических измерений). Балансовые оценки указывают на то, что в
настоящее время продолжающееся осолонение западного бассейна Арала связано не
столько с падением уровня моря, сколько с водообменом между глубоким западным и
мелководным, более соленым восточным бассейнами. (Лаб. взаимодействия океана с
водами суши и антропогенных процессов, рук. – д.г.н. Завьялов П.О.).
Рис. Вертикальные распределения солености и температуры в поперечном сечении
западного бассейна Аральского моря в сентябре 2006 г.
18.
Произведено численное моделирование метода пошаговой акустической
томографии на основе реальных данных, полученных в эксперименте THETIS-II (1990 г.),
в качестве неоднородности выбран холодный внутритермоклинный вихрь распресненной
воды (линза). Анализ показал, что наиболее пологие лучи, влияние неоднородности на
которые максимально, являются неустойчивым индикатором для томографии вдоль одной
трассы. Предложено в качестве анализируемой величины выбирать группу водных лучей,
не включающую в себя наиболее пологие и наиболее крутые лучи. Численный
эксперимент показал, что данный критерий является наиболее устойчивым и позволяет
определять наличие неоднородности на трассе, ее знак (теплая-холодная) а также
оценивать ее интенсивность. (Лаб. акустики океана, рук. – к.ф-м.н. Чепурин Ю.А.).
Группа лучей, исключающая
наиболее поздние и ранние
приходы.
Сравнение экспериментально
полученной зависимости с
расчетом при отсутствии линзы
(верхний рисунок) и при ее
наличии (нижний).
Средневзвешенная разница времен
прихода этой группы составила
24мс.
19. Посредством анализа кинематического граничного условия исследованы
свойства особых точек поверхности, рассмотрен вопрос о форме вершины предельных
гравитационных волн при установившемся движении идеальной жидкости. Из интеграла
Бернулли и свойств особых точек следует, что волна Стокса является вихревой, которую
ранее ошибочно принимали за потенциальную, а на профиле гравитационно-капиллярных
и капиллярных волн не может быть угловых точек. (Лаб. акустики океана, рук. – к.ф-м.н.
Чепурин Ю.А.).
20. Проведен крупномасштабный акустический мониторинг промышленного шума
от проекта «Сахалин-2» при строительстве морских трубопроводов в районе кормления
исчезающей популяции серых китов на шельфе о.Сахалин. Для выполнения этой темы в
2006г была завершена разработка уникальных автономных донных буев со спутниковой
телеметрией, предложены и обоснованы новые критерии оценки негативного
акустического воздействия шума на серых китов («дозный» подход), внедрена методика
мониторинга с прямой передачи уровней подводного шума в сеть Интернет в реальном
масштабе времени. Проведение независимого мониторинга подводного шума (при
финансовой поддержке Международного фонда защиты диких животных (IFAW)),
изменило график строительства и заставило компанию «Шелл» принять все необходимые
меры для снижения акустического воздействия на особо охраняемую популяцию серых
китов в самый шумный период строительства морских объектов нефтепромысла. (Лаб.
шумов и флуктуаций звука в океане, рук. – к.ф-м.н. Веденев А.И.).
22. Изучен горизонтальный водообмен между прибрежными и глубоководными
частями в Балтийском и Каспийском морях, возникающий из-за различия в скорости их
реакции на сезонные изменения условий теплообмена. Наряду с вращением Земли этот
фактор добавляет к общей динамике вод постоянно действующую составляющую,
поддерживает воду в непрерывном движении и предопределяет главные сезонные
изменения в структуре гидрологических полей над шельфом и его склоном.
Максимальные скорости течений и расходы воды приходятся на область встречи
пикноклина с береговым склоном, где обострена динамика и другие процессы
адвективного и внутриволнового происхождения. В глубокой части интрузии вод,
сформированных в прибрежной области, распространяются изопикнически, что
затрудняет их обнаружение на основе только данных СТD-зондирований и требует
включения в анализ параметров кислорода, мутности и консервативных трассеров. Работа
выполнена с применением методов натурного и численного моделирования. (АО ИОРАН,
Лаб. прибрежных систем, рук. - к.ф-м.н. Чубаренко Б.В.).
23. На основании специально обработанных массивов данных определены
климатические тенденции в изменении поля температуры поверхности океана в
энергоактивных зонах Атлантики за последние десятилетия. Изучена пространственновременная изменчивость температуры поверхности океана (ТПО) различных временных
масштабов (синоптическая, сезонная, межгодовая). Для анализа использовались значения
ТПО в узлах сетки 1х1 градус и карты анализа водных масс. Подготовлены карты анализа
ТПО за 1991-2005 гг. с полумесячным осреднением, ежемесячные карты аномалий ТПО,
графики годового хода ТПО для различных областей энергоактивных зон океана (ЭАЗО).
Исследован комплекс параметров Северо-Атлантических центров действия атмосферы и
определены возможные взаимосвязи между изменениями в Северо-Атлантическом
колебании, развитием блокирующих процессов в циркуляции атмосферы над Северной
Атлантикой и аномалиями ТПО. Исследованы гидрометеорологические процессы
Балтийского
моря,
являющиеся
отражением
крупномасштабных
процессов
взаимодействия океана и атмосферы в Северной Атлантике. С использованием
современных оперативных данных, получаемых в режиме on-line, с привлечением
длинных многолетних рядов гидрометеорологических данных,
выделены и численно
определены пространственно-временная изменчивость температуры поверхности моря и
параметры атмосферных и морских процессов. Выполнены расчеты и проведен анализ
количественных связей долгопериодной изменчивости гидрометеоэлементов между
собой. Проанализирована и численно описана изменчивость региональных
гидрометеорологических полей и их параметров в связи с процессами в Атлантическом
океане. С помощью дисперсионного, гармонического и корреляционного методов
исследована изменчивость гидрологических и метеорологических элементов и потоков
скрытого и явного тепла в Северной и Центральной Атлантике. (АО ИОРАН, Лаб.
морской метеорологии, рук. - кф-м.н. Иванов С.Н.).
24. Выполнен анализ данных гидрологической съемки, проведенной в 2004 г. в 50мильной части российского сектора Черного моря от Сочи до Керченского пролива.
Главная динамическая структура моря (Основное Черноморское течение - ОЧТ) была
представлена в этот период времени меандрирующим потоком между пятью
мезомасштабными вихревыми структурами разного знака. Такая динамическая ситуация
способствовала интенсивному водообмену между прибрежными водами и водами
открытого моря, а также перераспределению водных масс по вертикали. По многолетним
гидрологическим данным установлены два типа вертикальной гидрологической
структуры верхнего деятельного слоя зимой – монослойная и двухслойная. Монослойная
структура представлена однородным конвективным слоем (ОКС), а двухслойная состоит
из ОКС и расположенного под ним холодного промежуточного слоя (ХПС). Монослойная
структура занимает центральную область моря (центральная зона дивергенции – ЦЗД) и
является одновременно зоной формирования ХПС. В зоне с двухслойной гидрологической
структурой (за пределами ЦЗД) ХПС имеет адвективное происхождение. По признаку
монослойности определены зоны генерации ХПС, вычислены их площади и объемы ХПС
в холодные, нормальные (средние) и теплые зимы. Определены также средние значения
температуры воды в ОКС и минимальная температура в ХПС в зависимости от суровости
зим. Оценка площадей формирования и объемов вод ХПС, а также термических
характеристик ОКС и ХПС в зависимости от зимних атмосферных термических условий
получены впервые. (ЮО ИОРАН, Гидрофизический отдел, рук. - к.г.н. Кривошея В.Г.).
25. Выполнено исследование процессов формирования и трансформации
гидрофизической структуры и динамических образований на основе натурных данных и
результатов численного моделирования. Важным результатом является проведение
диагностических расчетов для типичных гидрологических ситуаций и сравнение с
результатами натурных полигонных съемок 2005-2006 гг. (ЮО
информатики и вычислительной техники, рук. - к.ф-м.н. Якубенко В.Г.).
ИОРАН,
Лаб.
26. Предложена теория слабого взаимодействия ветровых волн и низкочастотных
движений над фиксированным и подвижным дном, учитывающая, что (I) взаимодействие
между движениями с существенно различающимися пространственными и временными
масштабами может быть слабым, хотя сами по себе эти движения являются сильно
нелинейными, и (II) отсчетные значения параметров шероховатости морского дна для
волнового и приливного придонных пограничных слоев (ППС) могут отличаться друг от
друга. Разработана и проверена схема параметризации слабого взаимодействия ветровых
волн и низкочастотных движений над фиксированным и подвижным дном в терминах
коэффициента сопротивления, обычно используемого в гидродинамических моделях. С
этой целью привлечены результаты натурных измерений и данные численных
экспериментов, генерируемые k–l, k–ε, k–kl моделями осциллирующего турбулентного
ППС. Упомянутая схема параметризации внедрена в трехмерную конечно-элементную
гидродинамическую модель СПбФ ИОРАН и с ее помощью выполнена оценка
количественных изменений приливной динамики и энергетики в подсистеме Белое море –
Печорский бассейн и окраинных морях Сибирского континентального шельфа. (СПбФ,
Лаб. численных экспериментов по динамике океана, рук. – проф. Каган Б.А.).
27. Завершена разработка общей теории переноса изображения морского дна через
взволнованную поверхность моря при естественном освещении (совместно с Институтом
прикладной физики РАН), не имеющая аналогов в мировой литературе. Теория включает
аналитическое представление случайных сигналов от толщи воды, поверхности и дна,
оптические модели воды и океанской атмосферы, а также компьютерное и физическое (на
лабораторном бассейне) моделирование изображений подводных объектов через
взволнованную поверхность. Разработанная модель видимости дна позволяет определять
оптимальную стратегию наблюдения, обеспечивающую минимальные искажения
изображения волнением. (СПбФ, Лаб. оптики атмосферы и океана, рук. - д.ф-м.н. Левин
И.М.).