Представлены результаты численного моделирования всплытия пузырьков и твердых сфер диаметром 1—20 мм в воде. Анализ основан на численном решении полной системы уравнений Навье—Стокса для двухфазной среды в трехмерной постановке неявным способом. Межфазная границы газ-вода автоматически отслеживается методом выделения объемной доли. Движение твердых сфер моделируется с применением методики «Химера». Особое внимание уделено изучению локальных физических характеристик процесса движения. Проводится сравнение средних расчетных скоростей всплытия с экспериментальными данными. Показан периодичный (зигзагообразный или спиралеобразный) характер траектории движущихся пузырьков, связанный с изменением их формы и с формированием за ними характерного турбулентного следа. Получена корреляция скорости всплытия пузырьков с действующими на него силами. Для твердых сфер выявлена тенденция изменения траектории всплытия по мере возрастания числа Галилея.

Приводятся оценки линейных трендов компонентов влагообмена между океаном и атмосферой (испарения, осадков и их разности — эффективного испарения), температуры воздуха, температуры поверхности океана    по данным архива Reanalysis-2 и интегрального влагосодержания атмосферы по данным спутникового архива REMSS PMWC за период 1988—2016 гг. Отмечается интенсификация роста компонентов влагообмена начиная с 2012 года. Показано, что количество выпавших осадков над Мировым океаном растет быстрее испарения на 1.1 мм/год, что составляет 35 % от фактического тренда уровня Мирового океана (3.1 мм/год). На основе анализа безразмерных трендов установлено, что тренд во влагосодержании атмосферы почти в два раза превышает тренд в температуре воздуха над Мировым океаном. Это означает, что долговременные (трендовые) изменения влагосодержания зависят, прежде всего, от вертикального влагообмена океана с атмосферой, а не от глобального потепления. С 2012 года рост влагосодержания опережает рост температуры воздуха на 1 год. Поэтому влагосодержание атмосферы является не только ключевым следствием процесса глобального потепления, но и фактором, его формирующим.

В работе обсуждаются результаты наблюдений за высотами короткопериодных внутренних волн проводившиеся в летние сезоны 2010—2017 гг. Работы выполнялись в Западной Соловецкой Салме, на границе Бассейна и пролива Горло, в Двинском заливе Белого моря; около остова Харлов, около мыса Териберский в Баренцевом море; около мыса Свободный, над бровкой шельфа около Курильской котловины в Охотском море. Длительность измерений в каждом районе варьировалась от 25 до 80 ч. Установлено, что наибольшую повторяемость везде имеют волны высотой 1—3 м. Интенсивные внутренние волны (высотой более 10 м) регулярно наблюдаются в районах Западной Соловецкой Салмы в Белом море и около мыса Свободный в Охотском море. В предположении о стационарности волнобразующих факторов выполнены оценки вероятности появления экстремальных внутренних волн, которые могут наблюдаться один раз за месяц в течение теплого сезона. Установлено, что интенсивные внутренние волны могут наблюдаться во всех морях, а в Белом и Охотском морях высоты экстремальных волн раз в месяц могут превышать 15 м. Для районов, где регистрируются волны с экстремальными высотами, произведен расчет скорости придонного течения и вариаций придонного давления. Найдено, что вариации придонного давления, вызванные экстремальными внутренними волнами, составляют 120—380 Па, а скорости течения, индуцируемые волнами от 7 до 17 см/с. Соответственно, вариации придонного давления не окажут существенного воздействия на морские сооружения, а течения, связанные с экстремальными внутренними волнами способны размывать илистые и песчаные грунты. Однако действуя совместно с приливными, такие течения могут способствовать значительному транспорту наносов, что может оказать влияние на устойчивость подводных гидротехнических сооружений.

Проанализированы материалы инструментальных записей ветрового волнения, полученные в результате проведения натурного эксперимента в районе косы оз. Изменчивое (юго-восточное побережье о. Сахалин), включавшего постановку трех измерителей волнения и уровня АРВ-К10 в июне—октябре 2007 г. В этот период было зарегистрировано несколько штормов, один из которых, имевший место 25—26 сентября, относился к числу экстремальных (значимая высота волны превысила 3.5 м, максимальная высота достигала 6 м). На различных стадиях его развития выявлены диапазоны периодов, на которых сдвиг фаз между расположенными по нормали к берегу станциями S3 и S8 равнялся нулю, что отвечает распространяющимся вдоль берега краевым захваченным волнам. Этим диапазонам (137—186 с и 68—82 с) отвечали участки с линейным изменением фазы между расположенными параллельно линии берега станциями S18 и S8, что позволило оценить скорость распространения длинных волн (1.8 и 1.1 м/с). Соответствующие длины волн составили около 300 и 80 м, что согласуется с характерными квазиритмическими формами берегового рельефа в изучаемом районе. Расстояния между крупными формами (мегафестонами) составляло около 1.2 км, что существенно больше характерных длин краевых волн.  В период максимального развития шторма, средняя за 4-часовый интервал амплитуда краевых волн в указанных диапазонах периодов составляла 5.8 и 4.7 см на ближней и 2.5 и 2.1 см на дальней станциях. Оценки скорости частиц для станции S3 составили около 30 и 40 см/с соответственно. Высокие скорости течений, имеющих противоположные направления на расстояниях около 150 и 40 м, являются причиной формирования чередующихся зон размыва и аккумуляции наносов.

Цель работы — усовершенствование Санкт-Петербургской модели эвтрофикции Балтийского моря (SPBEM) за счет включения уравнений неконсервативной примеси для растворенного органического азота и фосфора в двух формах — легкоокисляемой и стойкой. Численные эксперименты по тестированию усовершенствованной версии модели было выполнено для Финского залива для периода 2009—2014 гг. Начальные и граничные условия для численных экспериментов были получены на основе данных натурных наблюдений. Сравнение результатов моделирования с данными наблюдений показало хорошее совпадение пространственно-временной изменчивости гидрофизических и биогеохимических характеристик, в том числе почти идеальное соответствие между моделируемой и наблюдаемой динамикой органических форм азота и фосфора. Важнейшим отличием между рассчитанными и наблюдаемыми характеристиками является завышенное содержание неорганического азота и фосфора, что может быть вызвано неточностями в задании начальных и граничных условий, а также в используемых параметризациях потоков минерализации. Более тонкая настройка SPBEM-2 требует более тщательного анализа чувствительности.

Исследуется термобарический режим гидратсодержащих осадков путем решения задачи о фазовом переходе газовый гидрат — свободный газ + вода при включении в них как линейного, так и цилиндрического металлического источников тепла. Показано, что в морях обычного (наиболее распространенного) типа с температурой придонной воды около 3 °C применение игольчатого зонда in situ на дне моря для исследования придонных залежей газогидратов сильно ограничено и возможно лишь при весьма больших линейных мощностях источника. Установлено, что только в условиях «теплых» морей применение игольчатого зонда на дне моря может позволить не только обнаруживать присутствие газовых гидратов в донных осадках, но и оценивать свойства последних по характеру изменения во времени как температуры, так и давления на поверхности зонда. Поскольку вблизи зонда характеристики изменения давления газа во времени, как правило, более дифференцированы, чем аналогичные температурные зависимости, в зонд, предназначенный для использования in situ в гидратосодержащих донных осадках, должен быть встроен также высокоточный датчик давления. Полученное решение задачи может служить основой процесса интерпретации результатов измерений, выполненных в гидратсодержащих осадках методом игольчатого зонда.

В статье приводятся оценки характеристик нестационарности поля обтекания эллипсоида вращения, полученные в результате численных экспериментов с трёхмерной негидростатической моделью «вода–воздух». Исследовалась эволюция структуры внутренних волновых возмущений (в поле температуры), распространяющихся от эллипсоида вращения с удлинением 1:6, обтекаемого потоком стратифицированной среды с постоянной скоростью. Выявлена значительная нестационарность поля обтекания. При обтекании образуются волновые возмущения сложной структуры, исследования которой проводились с использованием вейвлет-анализа временных рядов в точках в окрестности эллипсоида и построения интегральных вейвлет-спектров для температуры воды поперёк и вдоль области. В первом случае на основании сопоставления вейвлет-спектров в каждый выбранный момент времени и интегрального за весь период продемонстрирована значительная изменчивость спектральных характеристик поля температуры воды во времени. Во временной эволюции пространственных интегральных вейвлет-спектров для температуры воды поперек и вдоль области отчётливо прослеживается чередование групп волновых возмущений с потоками энергии от малых (вихревых) масштабов к большим, и наоборот. В отдельные периоды наблюдается полное разрушение пространственно-временной картины возмущений. Групповая структура и ее динамика проявляются более отчетливо в поперечной плоскости над эллипсоидом.

В 2015—2016 гг. были выполнены комплексные исследования подводного плюма, наблюдаемого из космоса в районе основного глубинного стока г. Севастополь. В судовых экспедициях на сетке станций были получены вертикальные гидрологические профили, профили течений и оптических характеристик вод, а также отобраны пробы воды для химического и микробиологического анализа. Работы сопровождались съёмками с бортов различных спутников. Достоверно показано, что плюм представляет собой слои мутных вод, вытянутые вдоль берега на расстояние в несколько километров и локализованные на глубине пикноклина. При подъеме пикноклина к поверхности плюм можно наблюдать в видимом диапазоне из космоса. Анализ контактных данных указывает, что существование плюма является следствием аварийного состояния подводного коллектора сбросовой системы. Это подтверждается и результатами анализа спутниковых изображений. Представлена оценка расположения предполагаемого разрыва трубопровода. В области источника загрязнений происходит отрыв объемов мутных вод от основного слоя и подъем их на морскую поверхность. Воды плюма по химическому составу соответствуют сточным канализационным водам. Существование плюма вблизи берега приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, в частности, концентрация ионов аммония в районе плюма в 2 раза превышает предельно допустимую, а данные микробиологических анализов указывают на дестабилизацию микробного сообщества и деструктивные процессы в фитопланктоне, вызванные загрязнением.

Проведены натурные исследования шумов моря и многолучевого распространения акустического сигнала в мелководных арктических морях с дрейфующим ледяным покровом. Цель исследований заключалась в получении количественных оценок уровня и характера шумов моря, а также характеристик многолучевости, необходимых для расчетов гидроакустической аппаратуры связи, предназначенной для контроля и оперативной диагностики технически сложных подводных объектов, таких как добывающие нефтегазовые платформы и трубопроводы. В канале связи использовалась наиболее современная технология передачи данных с ортогональным частотным мультиплексированием OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing), предусматривающая одновременное использование большого числа несущих частот для передачи параллельного двоичного кода, что делает ее оптимальной для сложных условий арктических мелководных морей. Передача параллельного кода с введением некоторой избыточности позволяет обеспечивать высокую скорость передачи данных, максимальную дистанционность и помехоустойчивость. Исследования проводились целенаправленно применительно к использованию технологии OFDM в условиях мелководных арктических морей. Полученные спектральные характеристики шумов моря и количественные оценки многолучевости позволили обосновано выбрать и рассчитать параметры аппаратуры гидроакустической связи с технологией OFDM и обеспечить получение заданных эксплуатационных характеристик в неблагоприятных гидрологических условиях.

Представлены материалы по созданию цифровых карт аномалий вертикальной и горизонтальной компонент магнитного поля зон спрединга в Мировом океане. Рассматривается задача идентификации морских магнитных линейных аномалий не только по модульным данным, но и с учетом преимуществ, которые может дать использование специфики облика аномалий горизонтальной и вертикальной компонент. Аномалии компонент для Мирового океана рассчитаны по компонентной модели магнитного поля Земли СПбФ ИЗМИРАН. На примере срединно-океанического хребта в Северной Атлантике показан облик знакопеременных полосовых магнитных аномалий горизонтальной и вертикальной компонент. На основе изучения изменений структуры аномалий горизонтальной и вертикальной компонент магнитного поля Земли и их интенсивности с высотой сделана оценка эффективности и информативности ориентиров для целей воздушной навигации в зоне спрединга. Представленные в работе компоненты магнитных аномалий могут быть интересны для теории тектоники плит, уточнения возраста литосферы океана и режима формирования океанического дна вследствие пространственно-временного перемещения тектонических плит. Специфика структуры магнитных аномалий зон спрединга повышает значимость параметров навигационной информативности аномалий вертикальной и горизонтальной компонент магнитного поля, что расширяет возможности их использования в автономной корреляционно-экстремальной морской и воздушной магнитной навигации в сложных условиях акваторий океанических бассейнов.

Пятая Всероссийская конференция с международным участием «Полярная механика» проходила  с 9 по    11 октября 2018 г. в г. Новосибирске на территории Центра коллективного пользования Академпарка (Технопарк). Организаторами мероприятия выступили следующие организации Сибирского отделения Российской Академии наук: Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева (ИГиЛ СО РАН) и Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука, а также Новосибирский национальный исследовательский государственный университет.