Спутниковые данные дистанционного зондирования предоставляют обширный массив оптических, инфракрасных (ИК) и радиолокационных изображений поверхности океана, на которых видны многочисленные вытянутые вихревые структуры — филаменты. Их высокая контрастность на изображениях обусловлена наличием поверхностно-активных пленок и/или скоплений водорослей. Из-за вытянутой формы филаменты трудно отличить от вихрей с помощью автоматизированных методов идентификации. Однако и филаменты, и вихри характеризуются высокой относительной завихренностью и кинетической энергией. Трансформация вихрей в филаменты обусловлена взаимодействием с неоднородными фоновыми течениями. В данном исследовании применяется теоретическая модель растяжения мезомасштабных океанических вихрей к реальным данным альтиметрии. Цель исследования — оценить долю мезомасштабных вихрей, претерпевающих растяжение и трансформирующихся в филаменты, что приводит к перераспределению энергии с мезомасштаба на субмезомасштаб. Оценивается глобальное пространственное распределение областей с неограниченным и ограниченным растяжением мезомасштабных вихрей и интерпретируются полученные результаты. Уменьшение энергии вихрей за счет растяжения, вызванного фоновым потоком, рассматривается как потенциальный механизм передачи энергии от вихря к потоку, что может проявляться в виде эффекта отрицательной вязкости.

Многочисленные обобщения, основанные на натурных исследованиях, показывают, что пространственно-временное покрытие Ладожского озера данными наблюдений недостаточно для надёжной количественной оценки межгодовой изменчивости характеристик и биогеохимических потоков в экосистеме озера. В настоящей работе представлены оценки межгодовой динамики основных характеристик экосистемы и биогеохимических потоков в озере в период с 1980 по 2020 гг., полученные с помощью верифицированной трёхмерной эко-гидродинамической модели Ладожского озера. Выявлены особенности реакции экосистемы озера на снижение внешней фосфорной нагрузки на 39 % в течение исследуемого периода, которое сопровождается снижением биомассы и первичной продукции фитопланктона только на 30 %. Основным механизмом, объясняющим указанную реакцию экосистемы водоема, является увеличение скорости рециклинга за счет увеличения температуры воды в фотическом слое в вегетативный период, обусловленного изменением климата. Оценено время оборота фосфора в озере, которое составило примерно 5,4 года для рассматриваемого периода времени 1980–2020 гг.

В работе представлены результаты анализа многолетнего массива наблюдений за пространственно-временной изменчивостью характеристик субмезомасштабных вихрей на акватории Ладожского озера по радиолокационным изображениям. В качестве исходных данных использовались более 3500 высокоразрешающих спутниковых снимков Sentinel-1A/B за период с января 2016 по декабрь 2022 г. Представлены обобщенные карты повторяемости субмезомасштабных структур на акватории озера за год и по сезонам. Получены среднегодовые и сезонные оценки изменчивости средних диаметров вихрей в целом и с учетом типа вращения. Показано, что субмезомасштабные вихри являются распространенным явлением на всей акватории озера в период развития прямой термической стратификации и присутствия приповерхностного пикноклина. Чаще всего регистрировались циклонические структуры размерами до 3 км, что не превышает оценок среднего радиуса деформации Россби для Ладожского озера. Вихри чаще всего отмечались к северу от о-ва Валаам. Значительной межгодовой изменчивости в их характеристиках не прослеживалось, они были близки к средним многолетним. Выявлено наличие выраженной внутригодовой изменчивости характеристик субмезомасштабных структур как в частоте и местах встречаемости, так и в меньшей степени в их размерах. Установлено, что наиболее часто вихри наблюдались в районах с глубинами 50–100 м, вблизи областей фронтальных зон различного генезиса. На отдельных примерах показано, что неустойчивость в области фронтальных зон в Ладожском озере может быть одной из доминирующих причин появления групп малых вихрей в условиях, когда топографические эффекты и влияние ветра не должны быть существенными.

Статья посвящена исследованиям процесса генерации и эволюции вихревых колец, формирующихся в водной среде при выбросе струи воды в затопленный объем. Представлены расчётные данные по известным из литературы соотношениям, а также результаты моделирования по вновь созданной методике. Обоснованы характеристики генератора вихревых колец в составе моделирующего стенда, созданного на базе крупномасштабного гидрофизического бассейна. Экспериментальные исследования проводились в условиях температурной стратификации среды и с разницей температур воды струи и бассейна. Результаты экспериментов по формированию и движению вихревых колец удовлетворительно соответствуют расчетным данным. При этом влияние сформированной в бассейне стратификации на характеристики вихревых колец оказалось незначительным. Выявлено существенное влияние безразмерной длины струи на основные характеристики вихревых колец и разницы между температурой воды на горизонте их формирования и температурой струи на траекторию движения колец.

Для решения обратных задач, в частности, восстановления концентрации оптически активных веществ по гидрооптическим измерениям, необходимо использовать характер этих связей. В работе проведён анализ таких связей между флуоресценцией растворённого органического вещества, флуоресценцией хлорофилла-а и показателем ослабления направленного света на длине волны 660 нм на основе прямых гидрооптических измерений in situ, выполненных в ходе комплексной экспедиции на Телецком озере в августе 2023 года. Показано, что на разных глубинных горизонтах воды Телецкого озера относятся к так называемым водам второго типа (CASE2) по классификации Мореля, т. е. оптически сложным водам.

На шельфе и континентальном склоне Тихого океана вдоль полуострова Камчатка приливная динамика является значимым, но недостаточно изученным фактором формирования изменчивости гидрологической структуры вод. Эта изменчивость влияет на распределение ранних стадий развития важнейшего объекта отечественного промысла — восточнокамчатскую популяцию минтая, основной нерест которого происходит в глубоководных каньонах Авачинского и Кроноцкого заливов. Целью статьи является описание особенностей разработанной методики натурного эксперимента по изучению влияния гидрофизических процессов, обусловленных приливом, на распределение икры минтая и краткое представление ее применения в рамках экспедиционных работ в глубоководных каньонах Авачинского залива. В рамках исследования были проведены два специализированных эксперимента в «Центральном» и «Северном» каньонах в апреле 2024 г. в сроки, близкие к пику нереста минтая. Даты выполнения измерений выбирались в период сизигийного прилива, когда влияние приливной динамики на характеристики среды максимально. Методика экспериментальной работы основывалась на учащенных гидрологических измерениях и послойных обловах ихтиопланктона, выполнявшихся в разные фазы прилива за период более суток. В работе представлены результаты профилирования в привязке к данным моделирования приливной динамики. Установлено, что амплитуда колебания глубоководного термоклина между теплым и холодным промежуточными слоями, залегающего на глубине 320–420 м, составляет около 50 м и имеет выраженный суточный период — в «Центральном» каньоне — и полусуточный — в «Северном» каньоне. По данным измерений описана изменчивость распределения икры минтая в зависимости от колебания термоклина. Представленные результаты показывают значимость приливной ритмики в изменчивости гидрофизических процессов, которые потенциально влияют на перемещения икры и её развитие в глубоководных каньонах Авачинского залива.

Лабораторное моделирование гидрофизических процессов является одним из методов решения научных и практических задач исследования океана. В Санкт-Петербургском филиале Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук создан гидрофизический бассейн. Работы в бассейне сопровождаются цифровой копией, позволяющей оптимизировать программы и методики экспериментов. Конструкция бассейна и технологические характеристики позволяют моделировать многослойную стратификацию. В статье содержится описание бассейна, включающее геометрические размеры (7 × 2 × 2,2 м — длина, ширина, глубина), аппаратурный измерительный комплекс, метрологическое обеспечение, технологию создания температурной стратификации. Приведены типовые профили 2-х и 3-слойной стратификации. На основе теории подобия оценены допустимые масштабы воспроизводимых натурных гидрофизических процессов. Показано, что созданный гидрофизический бассейн занимает промежуточное место между лотками с солевой стратификацией и большим термостратифицированным бассейном Института прикладной физики РАН. При этом в совокупности с цифровой моделью бассейна появляется возможность воспроизводить гидрологические условия, охватывающие основные типы стратификации озер, морей и океанов, при оптимизации временных и функциональных параметров проведения экспериментов.

Статья посвящена разработке цифровой модели большого термостратифицированного бассейна для гидрофизических исследований. При построении моделей использованы современные наработки в области вычислительной гидродинамики и высокопроизводительных вычислений для оптимизации и частичного замещения дорогостоящих физических экспериментов. Задание и поддержание термической стратификации в бассейне обеспечивается тонкой настройкой режимов работы теплового/холодильного оборудования на основе использования разработанной цифровой модели бассейна. Цифровая копия рассматривается в первую очередь как вспомогательный инструмент, призванный оптимизировать серийные эксперименты. В качестве критериев оптимизации могут быть рассмотрены время либо минимизация затрат на установление заданной стратификации в бассейне. В то же время совершенствование численной модели по данным физических экспериментов позволит экстраполировать верифицированные лабораторным путем зависимости для описания режимов, характерных для натурных процессов в океане, но сложно реализуемых при масштабном физическом моделировании. Цифровая копия служит конструктивным дополнением к термостратифицированному бассейну, поскольку позволяет рационально построить методику эксперимента, достичь желаемого результата при сокращении временных и материальных ресурсов.

В Санкт-Петербургском филиале Института океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук построен и введён в строй заглушенный гидроакустический бассейн, оснащенный автоматизированной системой закрепления и перемещения измерительных излучателей, приёмников (гидрофонов) и исследуемых моделей объектов. В состав оборудования бассейна входят излучатели, гидрофоны, многофункциональные эхолоты с режимом гидролокаторов бокового обзора, усилители излучающего и приёмного трактов, аналого-цифровые преобразователи, переносные компьютеры с программным обеспечением для формирования излучающих и регистрации принимаемых сигналов. Созданы функционирующие макеты приёмного и излучающего трактов. Разработана математическая модель бассейна на основе расчёта гидроакустических полей методом мнимых источников. Оценено качество заглушенности бассейна, показавшее её удовлетворительное значение. Для проведения экспериментов по исследованию отражающих свойств объектов изготовлены стандартные модели этих объектов. Заглушенный гидроакустический бассейн позволяет проводить исследование характеристик макетов гидроакустических средств, методов формирования и обработки сигналов в активном и пассивном режимах работы; процессов, происходящих в водной среде.