Обсуждается место созданной в Санкт-Петербургском филиале ИО РАН численной модели поверхностных волн TRIDWAVE в вычислительной геофизической гидродинамике. Даётся описание математической формулировки численной модели поверхностных волн в периодической области для бесконечной и конечной глубин. Главной особенностью модели является возможность переключения от подробной трёхмерной схемы к упрощённой двумерной схеме, которая ускоряет вычисления в 10–15 раз. Статистические характеристики результатов, воспроизводимых оригинальным и ускоренным вариантами модели, совпадают с высокой точностью. Даётся описание структуры модели, взаимодействия её блоков, схемы запуска и возобновления счёта и контроля результатов. Описывается динамическая часть программы, осуществляющая решение на каждом шаге по времени и включающиеся по запросу блоки оперативной обработки и регистрации результатов. Описана система регистрации результатов, их состав, даны рекомендации по расширению выдачи. Даются рекомендации по организации обработки полученных результатов после окончания счёта.

Статья посвящена модификации трёхмерной фазо-разрешающей модели FWM (Full Wave Model) потенциальных волн (изначально сформулированной для моделирования волн в глубоководных условиях) для моделирования волн на конечной глубине, а также оценке области применимости предложенной модели. Проведены численные эксперименты для квазистационарного волнового режима по результатам которых рассчитывается дисперсионное соотношение для волн на конечной глубине, заданных в начальных условиях спектром JONSWAP. Расчёты проводились для двух вариантов разрешения: однонаправленные и разнонаправленные волны, а также для различных безразмерных значений глубины. На основе рассчитанных статистических характеристик показано совпадение теоретических и модельных расчётов дисперсионного соотношения с удовлетворительной точностью, что позволяет сделать вывод о корректности работы модели в условиях конечности глубины для рассматриваемого случая квазистационарного режима. Предложенная модификация модели применима для моделирования динамики многомодового волнового поля для глубины не меньше, чем 0,1 длины волны пика спектра, что значительно расширяет область применения модели FWM.

Исследование подавления поверхностных волн пленками нефтепродуктов и биогенными пленками в областях катастрофического цветения фитопланктона является актуальной задачей в приложении к проблеме дистанционной диагностики загрязнений на морской поверхности. Особенностью таких пленок по сравнению с хорошо изученным случаем квазимономолекулярных пленок поверхностно-активных веществ является значительная (порядка и более 1 мкм) толщина пленки, последнюю в этом случае описывают как слой вязкой жидкости. В работе в рамках линейной теории исследовано затухание волн на поверхности воды, покрытой слоем другой вязкой жидкости конечной толщины с упругой границей между ними. Численно проанализированы особенности двух разных типов волновых мод, которые в пределе бесконечно тонкой пленки характеризуются как поперечные (гравитационно-капиллярные волны, ГКВ) и продольные (волны Марангони, ВМ). Проанализирована эволюция этих мод с ростом толщины верхнего слоя вплоть до толщин, много больших толщины вязкого подслоя, в пленке. Показано, что в некотором интервале упругостей границы раздела, определяемым длиной волны и вязкостью жидкостей, при толщине верхнего слоя порядка толщины вязкого подслоя в пленке, происходит взаимная трансформация мод. Именно волна, которая была ГКВ для бесконечно тонкой пленки, при толщинах пленки, превышающих толщину вязкого подслоя, переходит в ВМ, и наоборот. Этот эффект возникает из-за того, что ГКВ и ВМ не являются ни чисто гравитационно-капиллярными, ни чисто дилатационными. Лабораторные эксперименты показали хорошее согласие с результатами численного анализа и подтвердили существование эффекта модовой трансформации.

Излагается теория неустойчивости гравитационно-капиллярных волн на поверхности жидкости с учетом линейной и нелинейной дисперсий. Теоретическое исследование проводится на основе использования интегродиффренциального оператора для описания линейной дисперсии волн. Сначала рассматривается случай кубичной нелинейности без учета дисперсии нелинейности. Найдены инкременты неустойчивости. Проводится сравнение со случаем параболической аппроксимации линейной дисперсионной зависимости, что соответствует использованию нелинейного уравнения Шредингера. Показано, что использование интегродиффренциального оператора для описания линейной дисперсии волн приводит к ограничению области неустойчивости, но не меняет величины инкремента. Получено, что дисперсия нелинейности уменьшает инкременты, особенно при больших расстройках. Влияние капиллярных эффектов на неустойчивость волн на поверхности жидкости проводится в той же последовательности: сначала без учета дисперсии нелинейности, затем с ее учетом. Структура неустойчивости меняется для волн, распространяющихся с минимальными фазовыми и групповыми скоростями: при уменьшении длины волны область неустойчивости суживается и потом исчезает. Определены границы исчезновения области неустойчивости. При дальнейшем уменьшении длины волны неустойчивость возникает вновь. Она приобретает черты «коллапса», когда область неустойчивости становится эллиптической. Вид неустойчивости волн с большими волновыми числами имеет «самофокусировочный» характер в отличие от модуляционного характера неустойчивости волн с малыми волновыми числами. Нелинейная дисперсия в гравитационно-капиллярных волнах, как и в гравитационных волнах, ведет к подавлению неустойчивости при больших расстройках. В области существования неустойчивости типа «коллапса» нелинейная дисперсия ведет к сужению области неустойчивости и уменьшению инкремента в них. Это дает возможность описывать на основе предлагаемых уравнений распространения гравитационно капиллярных волн на больших временах.

В работе были использованы результаты исследований в Черном море в ходе экспедиций НИС «Профессор Водяницкий» — с 24 ноября по 10 декабря 2018 г. (PV105), с 4 по 24 июня 2020 г. (PV113). Получены новые для Черного моря данные о поглощении света окрашенным растворенным органическим веществом (CDOM) в зимний и летний периоды года. Зимой в поверхностном слое моря содержание CDOM, маркером которого является показатель поглощения a_CDOM(438) (0,10 ± 0,015 м^–1), превышало летние значения (0,062 ± 0,025 м^–1). Сезонных различий по средним значениям спектрального наклона (S_CDOM) не установлено (0,019 нм^-1).Однако, вариабельность значений S_CDOM летом отмечена в более широком диапазоне (0,015 до 0,026 нм^–1), чем зимой (0,017–0,021 нм^–1). Высокие летние значения S_CDOM являются следствием фотодеструкции CDOM в поверхностном слое моря летом. Установлена обратная связь между a_CDOM(438) и S_CDOM, которая описывается степенной зависимостью. Показаны сезонные различия в содержании хлорофилла а (TChl-a) в верхнем квазиоднородном слое (1,1 ± 0,43 мг м^–3 зимой и 0,32 ± 0,11 мг м^–3 летом) и в характере вертикального распределения TChl-a, обусловленные гидрологической структурой вод: зимой — однородное распределение в пределах верхнего квазиоднородного слоя, который соизмерим или превышает зону фотосинтеза, летом — наличие слоя максимальных концентраций хлорофилла а вблизи нижней границы зоны фотосинтеза. Связи между a_CDOM(438) и TChl-a не выявлено.

Согласно наблюдениям последних 20-ти лет, олиготрофное Телецкое озеро (Республика Алтай) подвергается постепенной эвтрофикации, вследствие чего требуется регулярный контроль его экологического состояния. В августе 2023 г. на Телецком озере были проведены комплексные гидрооптические исследования, включавшие в себя измерения спектров коэффициента яркости водной толщи и подводной облученности, а также отбор проб для лабораторного определения концентрации хлорофилла а. В основной части участков акватории максимальные значения спектрального коэффициента яркости составляли 0,7–1 %. В областях впадения рек Чулышман, Кокши, Кыга, где присутствует заметный вклад взвешенного вещества, наблюдались увеличения значений спектрального коэффициента яркости до 2,8 %. Была проверена работоспособность полуаналитического биооптического алгоритма расчета концентрации хлорофилла а по спектрам коэффициента яркости, адаптированного к условиям внутренних водоемов. Показано завышение результатов расчета по сравнению с измеренными концентрациями хлорофилла а, однако при этом между ними наблюдалась значимая корреляция. Кроме того, по спектрам коэффициента яркости и подводной облученности были рассчитаны спектры показателя вертикального ослабления света, хорошо согласующиеся между собой. Основным оптически значимым компонентом воды Телецкого озера является неживая органика, что согласуется с данными непосредственных лабораторных определений. Использованный полуаналитический алгоритм показывает возможности оптических измерений для описания экологического состояния внутренних водоемов и представляет собой первый шаг на пути к спутниковому мониторингу биооптического состояния Телецкого озера.

Настоящая работа открывает цикл статей, посвященных исследованиям биооптических характеристик волжских вод в контексте создания региональных биооптических моделей, учитывающих трансформацию оптических свойств волжских вод при распространении с севера на юг. В работе представлены результаты натурных измерений, выполненных в 2023 г. на первом из исследуемых участков, а именно в акваториях Чебоксарского и Куйбышевского водохранилищ. Измерения выполнялись с высоким пространственным разрешением — 3 м. На различных пространственных масштабах исследованы распределения и вариации различных гидрооптических и гидрологических характеристик, включая спектры яркости воды и синхронизованные с ними данные о содержании растворенных и взвешенных веществ, определяющих ее цвет (хлорофилл а, взвесь), а также сопутствующие данные о температуре воды, электропроводности, солености, содержании растворенного кислорода, скорости и направлении течения. Оценено влияние различных притоков Волги, в том числе показана сезонная изменчивость биооптических характеристик в областях слияния Волги и Оки, Волги и Камы. Даны кросскорреляционные оценки. Полученные результаты расширяют представление об исследуемой акватории и будут использованы при анализе спутниковых данных высокого пространственного разрешения и разработке биооптических моделей.

Данные о структуре течений в большинстве водохранилищ Волжского каскада получены в прошлом веке и корректно описывают современную структуре течений лишь в общем. В работе представлены структуры течений, полученные в ходе натурных измерений в 2023 и 2024 годах с помощью акустического профилографа течений, на разном удалении от ГЭС в четырех водохранилищах: Горьковском, Чебоксарском, Куйбышевском, Волгоградском. Настоящая работа представляет собой краткий обзор имеющейся базы данных измерений течений в акватории водохранилищ Волжского каскада. Продемонстрированы продольные разрезы речной части Чебоксарского и Куйбышевского водохранилищ, пространственные структуры течений в озерных частях рассматриваемых водохранилищ. Показано, что средняя скорость течения в речной части водохранилища спадает при удалении от плотины ГЭС, структура течений в озерной части водохранилища обладает высокой изменчивостью в зависимости от режима расхода через ГЭС. Представлены локальные особенности течений, связанные с регулированием стока на гидроузлах, к которым, согласно измерениям, относятся формирование круговоротов, изменение скоростей и направлений течений.

Международный геофизический год, проводившийся в 1957–1958 гг., стал важным мероприятием для проведения гидрофизических наблюдений Мирового океана. Успешное участие советских учёных в его мероприятиях стало возможным благодаря государственной поддержке научно-исследовательских институтов, экспедициям научно-исследовательских судов, закупке и производству необходимого оборудования. Наибольший вклад внесли применяемые в исследованиях НИС «Михаил Ломоносов» и «Витязь». Были уточнены структура океанических течений, причины возникновения цунами и другие вопросы морской гидрофизики. Важным было также то, что советские учёные привлекали к исследованиям учёных из стран Совета экономической взаимопомощи и других дружественных стран.