Дан краткий обзор недавних исследований внутренних волн в Балтийском море. Обсуждаются данные наблюдений внутренних волн, представлена также база данных фоновых гидрологических параметров, которые главным образом определяют характеристики внутренних волн. Эти наборы данных используются для выбора примеров путей распространения волн, которые содержат критические точки. Численное моделирование распространения внутренних уединенных волн осуществляется с использованием относительно простой модели, основанной на уравнении Гарднера и выбранной благодаря ее явным преимуществам. Эта модель позволяет проводить вычисления с высоким разрешением при умеренных компьютерных ресурсах и способна воспроизводить трансформацию внутренних волн в условиях горизонтально-неоднородной стратификации водной среды. Приводятся результаты расчетов трансформации внутренних солитонов в Балтийском море вдоль разрезов с реалистичными горизонтально-переменными гидрологическими условиями.

Поле скорости, симулируемое моделью циркуляции с чрезвычайно высоким горизонтальным разрешением (шаг сетки 232×232 м) в Финском заливе в течение летних событий апвеллинга, используется для расчета адвекции плавающих лагранжевых частиц, равномерно распределенных на поверхности моря первоначально. Обнаружено, что в течение относительно короткого времени адвекции τ (порядка одного дня) частицы собираются в узких удлиненных полосах, характеризующихся чрезвычайно высокими положительными значениями завихренности, конечно-временного показателя Ляпунова и горизонтальных термохалинных градиентов (фронты). Скорость кластеризации, определяемая как временная производная стандартного отклонения нормализованной концентрации частиц, при малом значении τ асимптотически стремится к стандартному отклонению дивергенции скорости течения на поверхности. Стандартное отклонение дивергенции скорости, в свою очередь, демонстрирует значительный рост с уменьшением шага сетки, подтверждая первостепенную роль субмезомасштабной динамики в кластеризации плавающего материала. Показано, что при большом значении τ функция плотности вероятности концентрации плавающих частиц стремится к логнормальности. На основе интегрирования конвергенции скорости по траектории материальной частицы назад по времени, сформулирован критерий кластеризации за конечный промежуток времени.

Интенсивная эрозия берегов вблизи острова Котлин в Финском заливе, наблюдаемая в последние 70 лет, может привести к полному исчезновению песчаных пляжей в западной части о. Котлин в ближайшем будущем. В статье оценивается интенсивность береговой эрозии в западной части о. Котлин и предлагается метод искусственной подсыпки, обеспечивающий сохранение песчаных пляжей. Геологические исследования выявили следующие особенности прибрежной зоны моря и берега в западной части о. Котлин: 1) значительный дефицит донных осадков; 2) небольшая (около 30 см) толщина активного песчаного слоя, 3) преобладание узких (10—15 м) песчаных пляжей и 4) низкий и плавный рельеф морского дна и берега. Параметры искусственного пляжа определяются из совместной модели, объединяющей модели циркуляции воды, ветровых волн и динамики осадков. Расчеты скорости течений и ветровых волн проводились с использованием трехмерной гидродинамической модели восточной части Финского залива и волновой модели SWAN, соответственно. Деформация побережья из-за штормовых нагонов была рассчитана на основе модели CROSS-P. Исходными данными были начальный профиль глубины, характеристики донных осадков, скорость ветра, изменения уровня воды и параметров волн во время шторма, его продолжительность. По заданным внешним воздействиям (атмосферный форсинг из модели HIRLAM, граничные условия на открытой водной границе из модели HIROMB, рельеф дна и пляжа в прибрежной зоне по результатам вышеуказанных геологических исследований) рассчитаны параметры профиля искусственного пляжа при максимальном штормовом нагоне, и оценен годовой объем песка, необходимый для сохранения искусственного пляжа.

В 1994-2015  гг.  в  эстуарии  реки  Невы  были  зарегистрированы  188  таксонов  бентосных  животных.  В настоящее время в сообществах зообентоса эстуария доминируют эврибионтные виды-индикаторы, населяющие «загрязненные» и «грязные» воды. Мы использовали интегральный показатель IP', специально разработанный для водоемов и рек северо-западной части России, для оценки качества воды и состояния экосистем эстуария реки Невы. Он основан на структурных характеристиках сообществ зообентоса и позволяет учитывать смешанное загрязнение токсичными и органическими веществами. В среднем качество вод Невской губы, оцениваемое по интегральному показателю (IP′) оставалось достаточно постоянным в течение 1994-2015 гг. Её воды оценивались как «загрязненные» за исключением 2006 и 2015 гг., связанным с крупномасштабными дноуглубительными работами. Среднее количество видов зообентоса в Невской губе в период 1982—2015 гг. увеличилось почти в 2 раза с 11 ± 1 в 1982 г. до 20 ± 2 видов на одной станции в 2014 г. Средние значения индексов Шеннона бентосных животных в Невской губе увеличились в полтора раза от 2 ± 0.1 в 1982 г. до 3.0 ± 0.3 бит/экз. в 2014 г. В 1994-2015 гг. значения видового богатства и индекс Шеннона, средние для курортного района восточной части Финского залива, варьировали от 5 ± 0.6 до 11 ± 2 видов на одной станции и от 1.1 ± 0.2 до 2.1 ± 0.3 бит/экз. и были намного ниже, чем в Невской губе. Это обусловлено не только влиянием солености, но и более интенсивным загрязнением этого района.

Балтийское море находится под влиянием антропогенной эвтрофикации. Согласно требованиям «Плана действий по Балтийскому морю» и соответствующих директив Европейского Союза статус морских районов оценивается на основе индикаторов, показывающих, достигнут ли хороший экологический статус или нет. Основным результатом настоящей работы является то, что на основе данных национального мониторинга за 2011-2016 годы и использованных индикаторов, характеризующих концентрацию биогенных веществ, а также прямых и косвенных эффектов эвтрофикации, вся эстонская морская акватория находится под влиянием эвтрофикации. Общий статус в основном определяется концентрациями биогенных веществ или прямыми эффектами эвтрофикации (хлорофилл-а, биомасса фитопланктона и прозрачность воды). Нехорошее состояние в мелководном Моонзунд определяется в основном только общим фосфором, что указывает на необходимость анализа используемого порогового значения этого индикатора. Результаты оценки, полученные на основе предложенных порогов для минеральных биогенных веществ в прибрежных водах Эстонии, хорошо согласуются с результатами оценки в соседних частях открытого моря. Согласно предложенной схеме оценки достоверности, общий результат оценки в основном имеет среднюю достоверность, но достоверность высокая в открытой части Финского залива и прибрежных районах, где мониторинг осуществляется ежегодно. Средняя достоверность оценок состояния и высокая изменчивость результатов оценки в бассейнах, где мониторинг проводится всего один раз за шесть лет, указывают на необходимость увеличения частоты мониторинга.

Цель данной работы состояла в том, чтобы сделать обзор наших результатов по оценкам загрязнения некоторых проблемных акваторий суб-регионов Балтийского моря, полученных в ходе проведенных ранее полевых и лабораторных исследований на основе использования разработанной в НИЦЭБ РАН биоэлектронной системы мониторинга кардиоактивности беспозвоночных животных. Статья также посвящена опыту развития и апробации предложенного подхода к оценке биологических эффектов химического загрязнения окружающей среды на основе оценки адаптивного потенциала местных видов беспозвоночных, обитающих в разных по антропогенной нагрузке пресноводных, солоноводных и морских акваториях Балтийского моря, а также Невской губе и реке Неве. Оценка адаптивных возможностей животных выполнялась, используя метод функциональной нагрузки на двустворчатых моллюсков (Anodоnta anatina, Mytilus edulis, Mytilus trossulus и Macoma (Limecola) balthica) и высших раков (Carcinus maenas и Astacus leptodactylus), на основе измерения времени восстановления сердечного ритма после снятия нагрузки. Как показали исследования, быстрое восстановление (меньше чем 50—60 мин) соответствует высокому уровню адаптивного потенциала этих видов животных, их хорошее функциональное состояние, указывая на хороший экологический статус места исследования, в котором живут эти животные. В работе рассмотрен ряд примеров, демонстрирующих, как предложенная авторами методология оценки функционального состояния беспозвоночных может использоваться в экологической оценке состояния (здоровья) экосистем акваторий Балтийского региона.

В работе рассматриваются результаты измерений показателя ослабления направленного света в прибрежной и глубоководной части Черного моря, полученные в двух рейсах НИС «Профессор Водяницкий» в июле и октябре 2016 года. Представлены способы определения концентрации и рассеяния взвесью, а также поглощения растворенным органическим веществом в морской воде. Рассмотренные способы включают: эмпирические и аналитические расчёты на основе измерений показателя ослабления направленного света в 4-х спектральных каналах, расчёты обратного рассеяния взвесью и поглощения растворенным органическим веществом по спутниковым измерениям в видимом спектральном диапазоне. Предложен метод оценки содержания взвеси и растворенного органического вещества по значениям показателя ослабления света на двух длинах волн. Полученные по спутниковым данным пространственные распределения рассеяния морской взвесью и поглощения растворенным органическим веществом хорошо соответствуют данным натурных измерений. Рассчитанные по контактным и дистанционным измерениям значения хорошо коррелируют друг с другом. Даны основные расчетные характеристики взвеси и растворенного органического вещества для двух экспедиций. Представленные в работе результаты отражают пространственно-временную изменчивость первичных гидрооптических характеристик исследуемого полигона. Рассмотренные методы дают возможность производить экспресс-оценки состава и биопродуктивности вод, их экологического состояния.

Дается обзор наших многолетних исследований потока донных вод в канале Вима в Южной Атлантике. Канал Вима является главным путем распространения Антарктической донной воды из Аргентинской котловины в Бразильскую котловину и далее на север. Канал характеризуется высокими скоростями распространения донного потока. В потоке наблюдаются высокие скорости течений до 60 см/с, хотя обычно скорости находятся в пределах 25—40 см/с. Перенос Антарктической донной воды через канал Вима меняется в пределах от 1.6 до 4.0 (±0.2) Св. За счет придонного экмановского трения ядро холодной и менее соленой воды (θ = −0.120°C) обычно прижато к восточному склону канала. Мы использовали численную модель Института вычислительной математики РАН для моделирования потока донных вод в канале Вима. Это σ-модель на основе полной системы уравнений гидродинамики с приближениями гидростатики и Буссинеска. которая лучше моделирует придонные потоки чем z-модели. Численное моделирование подтверждает измерения в океане и показывает пространственную структуру поля скорости в канале.

Приведенные результаты моделирования подтверждают сложившееся мнение о поверхностной результирующей циркуляции вод в Карском море как циклонической, включающей один крупномасштабный круговорот в юго-западной части моря, еще один мезомасштабный круговорот в восточной части моря и разнонаправленные потоки в южной, центральной и северной частях моря. Вместе с тем использование сетки с высоким разрешением позволило выявить дополнительно два мезомасштабных круговорота в юго-западной части моря и еще шесть мезомасштабных круговоротов в остальной части моря (в основном с циклоническим направлением вращения). Выполнено сравнение двух решений, полученных при задании суммарного (приливного + ветрового + термохалинного) и комбинированного (ветрового + термохалинного) форсингов. Оно предназначалось для оценки вклада приливов в формирование поверхностной результирующей циркуляции вод. Оказалось, что приливы вносят заметные изменения в эту циркуляцию, своим происхождением обязанную ветровому и термохалинному форсингам.

Работа направлена на дальнейшую разработку региональной совместной эко-термогидродинамической модели арктических морей с целью использования ее для лучшего понимания процессов взаимодействия динамических и экосистемных процессов в океане при изменяющемся климате в Арктике. В качестве термогидродинамического блока используется MITgcm, в качестве экосистемного — оригинальная 7-компонентная модель океанской биогеохимии пелагиали, включающей в себя углеродный цикл. Приводятся результаты модельного климатического расчета на 40-летний период для региона арктического шельфа (Карское, Баренцево и Белое моря). Полученные оценки пространственного распределения концентрации хлорофилла-а в поверхностном слое позволили яснее понять влияние морского льда на первичную продукцию в арктическом регионе, в том числе в условиях меняющегося климата, который приводит к заметному сокращению площади ледяного покрова в Северном Ледовитом океане. Получена связь между площадью маргинальной зоны льда и первичной продукцией: время наступления их весенне-летнего пика полностью совпадает при высоком коэффициенте корреляции (0.87), доказывая важность данной зоны в функционировании морской экосистемы. Межгодовая изменчивость средних за гидрологический год (с октября по сентябрь) интегральной первичной продукции и суммарной площади льда, как и ожидалось, демонстрирует противофазность, что позволяет утверждать, что малая ледовитость в предшествующую зиму является основной причиной увеличения первичной продукции в текущем году.