Кратко рассмотрены главные подходы в прямом моделировании поверхностных волн, основанные на полных уравнениях динамики невязкой жидкости со свободной поверхностью. Большая часть моделей предназначена для исследования прикладных и инженерных проблем. Предполагается, что основной является модель, записанная в криволинейной системе координат, в которой высота отсчитывается от волновой поверхности. В двумерной периодической формулировке при использовании конформной системы задача сводится к системе одномерных уравнений, легко решаемых с использованием Фурье метода. Для трёхмерных волн такие упрощения не существуют, и вертикальная скорость на поверхности рассчитывается путём решения трёхмерного уравнения Пуассона или методом поверхностного интеграла. Рассматривается приближённая схема, основанная на двухмерных уравнениях. Схема позволяет воспроизводить статистический режим волн с высокой точностью согласующийся с аналогичными результатами, полученными по точной трёхмерной модели.

Представлены результаты исследования времени жизни обрушений ветровых волн (барашков) и пространственного распределения моментов зарождения обрушений по профилю длинной поверхностной волны, полученные в ходе специализированных экспериментов с океанографической платформы в Черном море. Регистрация барашков осуществлялась по видеозаписям морской поверхности. Одновременно с видеозаписями измерялись характеристики поверхностного волнения, а также регистрировалась метеорологическая информация. Показано, что распределение времени жизни барашка хорошо описывается экспоненциальным законом. Установлено, что отношение времени жизни индивидуального барашка к периоду обрушивающейся волны равно 0,3, а распределения этого отношения подобны для различных ветровых и волновых условий. Показано, что зарождение барашков происходит преимущественно в районе гребня длинной волны со смещением на ее передний склон в среднем на 9,6° фазы длинной волны. Возникнув на переднем фронте, барашек за время жизни смещается на задний фронт длинной волны, так что разность фаз между зарождением обрушения и максимумом доли поверхности, занятой барашками, составляет 21,6°.

Сформулирована и реализована совместная модель волнового пограничного слоя и волн, объединяющая разработанные ранее соответствующие модели. Совместная модель использовалась в двух вариантах: с учетом и без учета волнового потока импульса. Проведены серии экспериментов с широким диапазоном изменения входных параметров (скорость ветра на верхней границе волнового пограничного слоя и обратный возраст волны) и рассчитаны значения метеорологических характеристик: скорости ветра, волнового и турбулентного потоков импульса в волновом пограничном слое. Полученные результаты проанализированы с целью продемонстрировать необходимость учета волнового потока импульса в моделях волнового пограничного слоя, а также показать особенности результатов совместного моделирования для описания волнового пограничного слоя. Показано, что результаты совместного моделирования для указанных метеорологических характеристик значительным образом отличаются от результатов, полученных по модели волнового пограничного слоя, для развитого и слаборазвитого волнения. Учет волнового потока импульса приводит к заметным отклонениям профиля скорости ветра в нижней части волнового пограничного слоя от логарифмического, применимого при описании атмосферного пограничного слоя.

Баренцево море является одним из ключевых районов Арктики для мониторинга климатических изменений. Хотя Баренцево море относится к числу ледовитых, оно, в отличие от других арктических морей, никогда не покрывается льдом полностью. Одним из параметров, характеризующих изменение ледового режима, является дата полного очищения ото льда. В исследовании использованы данные о концентрации (сплочённости) льда Climate Data Record (CDR) NOAA/NSIDC с 1979 по 2019 г. и данные океанского реанализа GLORYS12V1 (Global Ocean Physics Reanalysis) с 1993 по 2019 г. Выполненный анализ пространственно-временной изменчивости даты полного очищения ото льда для акватории Баренцева моря с использованием метода кластерного анализа HDBSCAN позволил выделить районы (кластеры) с синхронной динамикой даты полного очищения ото льда. Ряд выделенных районов находятся на пути распространения атлантических вод в Баренцевом море, что позволило связать выявленную временную изменчивость даты полного очищения ото льда с изменчивостью переноса атлантических вод через западную границу моря. На всей акватории Баренцева моря после 2003 г. наблюдается устойчивое смещение сроков сезонного очищения ото льда на более ранние. При этом каждому из выделенных шести районов свойственна своя динамика и скорость изменений даты полного очищения ото льда. Заметное влияние на дату полного очищения ото льда адвективного потока тепла через западную границу Баренцева моря выявлено для районов в центральной и восточной частях моря. Для разных районов максимальный коэффициент корреляции даты полного очищения ото льда наблюдается при разных временных сдвигах (от 0 до 6 мес.) адвективного потока тепла. Величина временного сдвига косвенно указывает на время прохождения тепловым сигналом расстояния от западной границы моря до соответствующего района. Сохранение тенденции к возрастанию продолжительности безледного сезона в Баренцевом море является одним из проявлений нарастающей «атлантификации» приатлантической Арктики, вследствие чего открываются новые перспективы для экономической деятельности в этом арктическом регионе. В частности, это влияет на транспортировку и условия добычи углеводородов, также на воспроизводство, распределение и поведение основных промысловых видов рыбы в Баренцевом море.

Исследованы изменения температуры воздуха у поверхности и завихренности поля скорости ветра акватории Белого моря и территории Мурманской и Архангельской областей и Республики Карелия. Анализировались среднемесячные данные реанализа NCEP/NCAR за период 1950–2020 гг. Оцененный с помощью линейного тренда средний рост температуры воздуха у поверхности составил +0,24⁰C/10 лет. На фоне этого линейного роста наблюдаются существенные междекадные изменения температуры воздуха у поверхности. Выделены периоды: усиления континентальности климата (1950–1976 гг.), более морского климата (1977–1998 гг.), и быстрого роста температуры воздуха у поверхности (1999–2020 гг.). Переход от периода усиления континентальности климата к периоду более морского климата связан с усилением влияния Северной Атлантики на исследуемый регион. Выдвинута гипотеза, что период быстрого роста температуры воздуха у поверхности вызван произошедшим переходом климатической системы западной части российской Арктики в новое фазовое состояние. Наблюдаемое потепление в Арктике вызвало сокращение морского льда, что привело к увеличению поглощения солнечной энергии поверхностью Баренцева и Белого морей.

Продолжая исследования, опубликованные ранее [1], рассматривается модель радиолокационного мониторинга вибрационных волн, возникающих на морской поверхности вблизи очага донного землетрясения. Возбуждаемая параметрически вибрационная волна характеризуется ближней (гидродинамической) и дальней (звуковой) областями. Амплитуда ближней волны зависит от параметров донного вибратора и глубины дна, дальняя распространяется в волноводе, образованном водной поверхностью и плоским дном. Намечаемый натурный эксперимент предполагает установку вибратора на небольшой глубине (30 м) и применение современного самолётного радара, способного формировать как яркостные, так и скоростные радиолокационные изображения слабо отражающей морской поверхности при длине возбуждаемой вибрационной волны ~1,5 см, что соответствует частоте возбуждающей волны ~30 Гц и «резонансной» радиоволне длиной ~3 см (радиолокационный Х-диапазон). Рассматривается возможность наблюдения вибрационных волн в радаре с синтезированной апертурой в L, P и УКВ-диапазонах. Приводятся также расчёты, относящиеся к необходимым параметрам самолётного радара с синтезированной апертурой, включая алгоритмы обработки исходного сигнала при формировании яркостных и скоростных радиолокационных изображений вибрационных волн.

На качественном уровне рассмотрены возможности использования оптических стереоизображений морской поверхности, зарегистрированных из-под воды, применительно к задаче дистанционной диагностики волнения. Задача реализована в численном эксперименте с использованием модели стереоизображения круга Снеллиуса (подводного изображения небосвода) для заданного рельефа морской поверхности. Проанализировано влияние параметров фотокамеры, геометрии наблюдения, освещения и волнения на качество построения карт диспарантности (смещения), необходимых для восстановления дальностей до визируемых элементов морской поверхности. Сформулированы рекомендации по методике проведения натурного эксперимента с целью апробации предложенного метода.

Редакция отправляет читателей к первоисточнику для дальнейшей дискуссии

Проблема систематизации информации об исторических наводнениях Невы на сегодняшний день представляется крайне актуальной. Построение прогностических моделей, целесообразность строительства новых гидротехнических сооружений, планирование инженерно-хозяйственной, природоохранной и общественно-культурной деятельности невозможны без комплексного анализа сведений о наводнениях. Имеющиеся же в распоряжении исследователей официальные каталоги, к сожалению, недостаточно информативны и изобилуют искажениями. Работа с большим массивом численных значений, характеризующих высоты наводнений Невы разных эпох, противоречивость этих значений даже в рамках отдельно взятых событий, важность пояснения и уточнения их с целью сохранения всех информационных аспектов — все это привело к необходимости формирования электронной базы данных наводнений. Основная задача ее создания — информационная поддержка исследований, связанных с реставрацией искаженных рядов (или отдельных исторических наводнений Невы).