В термостратифицированном бассейне СПбФ ИО РАН исследуется уединённое гравитационное течение над наклонным дном. В рамках приближенного к реальным природным условиям лабораторного эксперимента проведены предварительные исследования сложных, нелинейных процессов взаимодействия придонного плотностного течения, стратификации и внутренних волн. Рассматривается полный жизненный цикл образующихся вихревых структур: от зарождения на склоне, развития и распространения в стратифицированной среде до их взаимодействия с полем внутренних волн. В ходе экспериментов получены эмпирические данные для верификации негидростатической модели с пространственным разрешением, позволяющим явным образом воспроизводить отдельные конвективные струи и вихри.

Разрабатывается детальная негидростатическая модель гравитационного течения над наклонным дном, способная явно воспроизводить конвективные ячейки для последующего обобщения и разработки новых параметризаций. Для минимизации численных шумов использован метод наклонного расчетного домена и регулярная прямоугольная сетка. Исследованы свойства адвективных схем высокого порядка точности. Показана принципиальная возможность явного численного воспроизведения относительно крупных (порядка метра и более) турбулентных структур в океане — конвективных ячеек. Накопление поверенного на физическом эксперименте цифрового массива высокого разрешения 3-мерных полей скорости и трассеров (активного и пассивного) для диапазона чисел Рейнольдса 30–300. В дальнейшем данный массив будет использован для разработки новых параметризаций в крупномасштабную модель циркуляции океана.

Исследованы режимы и ограничения метода численного решения уравнений гидродинамики, использующего аппроксимацию приповерхностного потенциала скорости разложением Тейлора высокого порядка (High Order Spectral Method, HOSM). Этот подход рассматривается в контексте моделирования больших ансамблей полей смещения морской поверхности в условиях конечной глубины. Основное внимание уделено описанию сильно нелинейных волн и волн с широким частотным спектром. Исследование выполнено в планарной геометрии.

В настоящее время к основным причинам изменчивости ледяного покрова Баренцева моря относят приток атлантических вод. В работе исследован адвективный тепломассоперенос через западную границу Баренцева моря за период 1993–2023 гг. на основании данных реанализа ORAS5. Установлено, что поток тепла через южную часть разреза (о. Медвежий–м. Нордкап) составляет 60 ТВт при переносе объема вод в 2,1 Св. В южной части разреза выделяются три ветви течений с увеличенным потоком тепла. Значимое увеличение тепломассопереноса со временем происходит в южной и центральной ветви, что определяется трендами как в скоростях течения, так и в температуре воды.

Общий поток тепла в бассейн Баренцева моря составляет 61 ТВт и имеет значимый положительный тренд с величиной 0,03 ТВт/мес. Оценка тренда показала, что за 31 год поток тепла в южной части разреза увеличился на 11 ТВт, а в северной части — на 3 ТВт. Таким образом, акцент в переносе тепла в Баренцево море значительно смещен к южной части исследуемого разреза. На основе вейвлет-анализа установлены квази-7-летние синхронные колебания температуры воды и скоростей течений до 2008 г., способствующие росту теплового потока. В 2008–2010 гг. произошёл «слом» тенденции, после чего в 2010–2023 гг. наблюдается их рассинхронизация и стабилизация потока тепла на более низком уровне. Во внутригодовом аспекте южная ветвь потока тепла демонстрирует высокую изменчивость, преимущественно обусловленную течениями, с максимумом зимой и минимумом летом, что связано с сезонной ветровой циркуляцией.

Структура эпилимниона и его динамика во многом определяют особенности теплового баланса, эмиссии газов, турбулентного массопереноса, химических и биологических процессов, протекающих в озере в период открытой воды. Эта структура формируется под воздействием различных внешних факторов, имеющих, как правило, периодический характер. Отклик водной толщи на подобные воздействия происходит с некоторым запаздыванием, а в ряде случаев тепловая инерция водной толщи приводит к возникновению гистерезисных эффектов. Наряду с сезонными и синоптическими факторами важную роль играют внешние воздействия, характеризуемые суточным периодом, в частности, колебания температуры воздуха и ночное поверхностное выхолаживание.

С использованием данных термокосы с высокочувствительными датчиками произведен анализ отклика температуры воды на разных глубинах на подобные воздействия. Этот отклик можно в первом приближении характеризовать как температурную волну, расчет параметров которой позволяет произвести оценку толщины термически активного слоя, а также коэффициента турбулентной диффузии. Одно из преимуществ такого метода заключается в том, что указанные оценки могут быть проведены с использованием даже ограниченного количества температурных датчиков.

В настоящее время не существуют количественные оценки среднеклиматического годового хода параметров придонных температур в Ладожском озере, позволяющие судить о их межгодовых вариациях. Предложена феноменологическая модель среднеклиматической годовой изменчивости придонной температуры Ладожского озера в зависимости от глубины лимнического района. На основе анализа большого массива измерений температуры за столетний период определены характерные температуры и даты сезонного возникновения и диссипации вертикальной стратификации в течение года в связи с вариациями придонной температуры. Проведена оценка дисперсии и скорости изменения придонных температур в различные сезоны.

Начиная с глубины 100 м, в течение летнего периода существуют очень малые колебания придонной температуры в Ладожском озере. В зимний сезон эти колебания составляют примерно 1,5 °C и во многом зависят от даты возникновения и продолжительности периода открытой воды акватории и интенсивности вертикальной и горизонтальной конвекции. Эти показатели могут служить базовыми для оценки отклика реально измеренных или смоделированных термических параметров Ладожского озера на вариации климата, а также для сравнения с другими димиктическими озерами мира. Созданные эмпирические зависимости изменения придонной температуры от глубины дна для среднеклиматического года с ледовым покрытием и теплого (с не полным ледоставом) имеют прогностическое значение.

Получены количественные оценки реакции экосистемы Ладожского озера на изменения климатических атмосферных воздействий и внешней биогенной нагрузки в период 1980–2020 гг. Для их получения использована трехмерная модель гидротермодинамики MITgcm, объединенная с биогеохимическим модулем SPBEM, адаптированным для фосфоро-лимитированных условий озера.

Численные эксперименты проведены по трем следующим сценариям: 1) опорному с заданием реалистичных изменений внешней биогенной нагрузки и атмосферных воздействий в 1980–2020 гг.; 2) с заданием реалистичных изменений внешней биогенной нагрузки и «среднего» внутригодового хода атмосферных воздействий для этого периода; 3) с заданием реалистичных изменений атмосферных воздействий и постоянной внешней биогенной нагрузки, равной среднему за рассматриваемый период значению.
Результаты работы демонстрируют выраженное доминирование внешней биогенной нагрузки как основного фактора, определяющего динамику характеристик экосистемы озера в 1980–2020 гг.

Вклад изменений климата в высоко детерминированные линейные тренды изменения зимней концентрации фосфатов, летней биомассы фитопланктона и годовой продукции фитопланктона в фотическом слое составил всего лишь соответственно 24 %, 10 % и 21 %. Согласно результатам расчётов, происходит заметное уменьшение указанных характеристик экосистемы озера во второй половине рассматриваемого периода 1980–2020 гг. При этом для продукции фитопланктона отмечается заметное (более 20 %) компенсирующее влияние климатических изменений, нивелирующее часть эффекта от снижения биогенной нагрузки.

Показано, что недиатомовые водоросли, вносящие основной вклад (63 %) в суммарную продукцию фитопланктона, сильно реагируют на климатические изменения температуры воды в рассматриваемый период. Диатомовые водоросли демонстрируют меньшую зависимость от климатических изменений, сохраняя тесную связь с зимними запасами фосфатов.

В работе изучается дрейф икры и личинок минтая в области Тихого океана, прилегающей к юго-восточному побережью полуострова Камчатка и северным Курильским островам. Используется модельный подход, сочетающий расчеты траекторий частиц программным модулем ICHTHYOP, данные океанского реанализа и результаты приливной региональной модели. Икра и личинки рассматриваются как пассивные трассеры, а их перенос из основного района нереста восточнокамчатской популяции минтая, расположенного в глубоководном каньоне Авачинского залива, рассчитывался в течение месяца 2024 и 2025 гг., начиная с наблюдаемой даты нереста в апреле.

Основная цель моделирования заключалась в определении влияния динамических факторов разной природы на транспорт частиц и вероятных мест их скопления, в которых может происходить развитие икры и выклев личинок. Выявление этих мест путем ихтиопланктонных съемок весьма затруднительно. В модельных расчетах не учитывался ряд факторов, связанных со смертностью икры и личинок под воздействием изменений среды и хищничества, активностью личинок по мере их развития и других процессов физико-биологического взаимодействия. Перенос трассеров после их подъема к поверхности в зоне нереста анализировался при использовании поверхностных и средних в верхнем слое моря фоновых течений.

Результаты моделирования показывают, что прогностические горизонтальные траектории частиц зависят не только от различных для двух лет гидродинамических условий, но и от учета приливного дрейфа. Высказано предположение о благоприятных для развития и выживаемости икры и личинок минтая динамических условиях, при которых их дрейф не приводит к выносу с шельфа в открытый океан. Определены потенциальные районы скоплений частиц в прибрежных водах.

Настоящая работа посвящена построению аналитических соотношений для оценки характеристик воздействия вертикального бора и уединённой волны на полупогруженное фиксированное тело. Такие оценки необходимы при проектировании и эксплуатации объектов, размещённых и зафиксированных в прибрежных зонах в виде частично погруженных в воду сооружений. Эти соотношения строятся при помощи аппроксимации результатов выполненных массовых расчётов с перебором таких параметров задачи, как заглубление и длина тела, амплитуда набегающей волны.

Рассматриваются максимальные заплески на лицевую и тыльную грани тела, горизонтальная и вертикальная составляющие суммарной волновой силы. Задачи о воздействии бора и уединённой волны численно решаются с использованием одномерных моделей мелкой воды первого и второго длинноволнового приближения соответственно. Приводятся оценки средней и максимальной относительных погрешностей формул, а также сопоставления получаемых с их помощью результатов с решениями из других исследований.

Анализ этих сопоставлений позволяет сделать вывод о возможности применения построенных формул в рассматриваемом диапазоне параметров задачи.

Описан малогабаритный спектрорадиометр (МСР), разработанный в Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН на основе миниатюрного спектрометра AIOX 2000–02 для палубных измерений спектрального коэффициента яркости моря Rrs(λ), детали которого в основном изготовлены методом 3D печати. Преимуществом нового спектрорадиометра являются значительно меньшие масса и габариты по сравнению с ранее разработанным палубным спектрорадиометром, а также удобство проведения измерений в палубных условиях, в том числе во время качки, что обусловлено как массогабаритными характеристиками, так и отсутствием необходимости в использовании кюветы с чистой водой и ручной установки кюветы и серого экрана в процессе измерений.

Проведено сопоставление спектров Rrs(λ), полученных с использованием данного прибора, с результатами других спектрорадиометров. Показано, что относительная взаимная ошибка измерения спектрального коэффициента яркости моря между данными описанного спектрорадиометра с другими приборами не превышает 15 %, что можно считать хорошим соответствием между их данными.

Результаты обработки кривых Rrs(λ), полученных на описанном приборе, с использованием алгоритма GIOP, хорошо согласуются с независимыми данными о биооптических характеристиках, полученными на момент измерений независимыми методами.