Изостатические представления зарождались в рамках контракционной гипотезы Эли де Бомона, опиравшейся на представления Канта—Лапласа, первоначально расплавленную Землю и на процессы ее постепенного остывания и сжатия. Формировавшаяся в виде корки земная кора постепенно наращивала свою толщину, сминаясь в складки и находясь в гидростатическом равновесии с подстилающим ее субстратом. В процессе триангуляционных работ XVIII—XIX вв. были зафиксированы отличия измеренных уклонений отвеса вблизи горных массивов от расчетных оценок, что позволило Дж. Г. Пратту и Дж. Б. Эри предположить существование глубинных компенсационных масс. К. Е. Даттон, предложивший термин «изостазия», рассмотрел широкий круг геологических задач. Отличие измеренных уклонений отвеса объясняется известным в гравиметрии влиянием «соседних» масс, сформировавших Северо-Атлантическую и Индийскую планетарные аномалии геоида, а также реальным макроразуплотнением горных массивов, не выявляемым при изучении плотности и пористости небольших образцов пород. Современные затруднения концепции связаны с объяснением глобальных перемещений астеносферных масс при планетарной эвстазии, гидро- и гляциоизостазии на вращающейся Земле, а также с объяснением отрицательного результата гравиметрического эксперимента по поверке изостатического механизма современного «всплывания» Фенноскандии. Реакцию земной поверхности и ложа морей и океанов на изменения внешних нагрузок принято рассматривать в рамках единого процесса поддержания изостатического равновесия. Этим представлениям противоречат факты «высокой коровой чувствительности» даже к небольшим осцилляциям внешних нагрузок, повсеместная трещиноватость земной коры, и масштабные зависимости ее физических и деформационных свойств от размеров области приложения нагрузок. Предполагаются два механизма такой реакции коры: «сжатие-расширение» макропоровых пространств в слое 0—10 км и, в соответствии с результатами сверхглубинного бурения на Кольском полуострове, — фазовый механизм на больших глубинах. Обсуждаются пути экспериментального изучения этих явлений в областях аномальных природных и техногенных нагрузок.

Показано, что возникновение ундулирующей кажущейся сейсмической границы, выявленной в 1992 г. на озере Байкал, могло бы быть объяснено наличием здесь тепловой конвективной ячейки. Однако гипотеза о тектонической природе этого явления представляется более вероятной. Выполняется численное моделирование эволюции термогидродинамического режима грязевого вулкана «Маленький» на озере Байкал. Моделирование основано на решении задачи о фазовом переходе гидрат метана — метан-газ в пористой осадочной среде. Выбор адекватной модели и ее параметров осуществляется путем анализа данных многоканального сейсмического профилирования. Значительный приток воды в подводящий канал объясняется действием сдвиговых разломов. Выполненная оценка сверхгидростатического давления метана-газа, вызванного разложением гидратов метана, показала, что это давление невелико. Оно не может быть причиной образования трещин в придонных отложениях и последующего нисходящего движения по ним озерной воды. Предложен способ численной оценки как максимальной скорости втекающей в канал воды, так и возраста грязевых вулканов, формировавшихся в условиях разложения газовых гидратов. Применение этого способа позволило установить, в частности, что грязевой вулкан «Маленький» сформировался не ранее 6.4 и не позднее 5 тыс. лет тому назад при максимальной скорости воды, втекающей в канал снизу, равной 7.7±1.4 см/год.

Планетарные пограничные слои вносят определенный вклад в формирование и поддержание климата Земли. Глубокая проникающая конвекция и конвективное приспособление охлаждают планету и контролируют гидрологический цикл. Поэтому конвективные процессы активно изучаются климатологами. Напротив, тонкий устойчиво-стратифицированный пограничный слой получает значительно меньше внимания, поскольку его влияние связывают, главным образом, с местными особенностями климата. Настоящее исследование демонстрирует значительное влияние устойчиво-стратифицированного пограничного слоя на глобальный климат Земли. В данной работе, устойчиво-стратифицированный пограничный слой идентифицируется как ведущий фактор, модулирующий отклик в приземной температуре воздуха на аномалии климатического теплового баланса. Области с наибольшими величинами многолетних температурных трендов и наибольшей температурной изменчивостью географически совпадают с областями, в которых тонкие устойчиво-стратифицированные пограничные слои встречаются часто. Линейные коэффициенты корреляции между обратным значением толщины устойчиво-стратифицированного пограничного слоя и приземной температурой воздуха достигают значений 0.4—0.6 над Евразией и морскими льдами Арктики. Особенно сильные корреляционные связи найдены для континентальных климатов Сибири, где влияние влажности почвы и облачности менее выражено. Климатические модели несовершенны в части расчета свойств устойчиво-стратифицированного пограничного слоя. Это приводит к появлению систематических отклонений моделей при расчете климатических трендов температуры и краткопериодной температурной изменчивости.

Целью работы является отработка методики совместного статистического анализа пространственно-временной изменчивости данных гидрологических и гидрооптических наблюдений и степени их синхронизации с использованием вейвлет-анализа. Методика вейвлет-анализа позволяет выявлять в исследуемом сигнале нестационарные колебания, связанные с локальными кратковременными процессами в водной толще. Вейвлет-преобразование обеспечивает двумерную развертку одномерной реализации, при этом частота и время рассматриваются как независимые переменные. Это дает возможность анализировать множество одновременно в физическом и в спектральном пространстве. На основании экспериментальных данных, полученных в ходе проведения экспедиционных работ в августе 2013 г. в Белом море на границе Бассейна и пролива Западная Соловецкая Салма, проведен совместный статистический анализ пространственно-временной изменчивости температуры и показателя ослабления света в области слоя скачка на базе вейвлет-преобразования. Выделены основные энергонесущие колебания в диапазоне масштабов 1.5—3 и 5—8 ч. В указанных диапазонах выявлена высокая когерентность между вертикальными смещениями термоклина по данным температуры и показателя ослабления света. Показано, что рост показателя ослабления происходит с отставанием по фазе от температуры на 3—4 ч в пределах масштабов колебаний 5—8 ч и на 0.5—1 ч в диапазоне 1.5—3 ч. Колебания в указанных диапазонах можно идентифицировать как внутренние волны, а также регистрировать с помощью оптических средств. В результате проведенных исследований выявлено, что для пространственно-временной диагностики и оценки вклада колебаний температурного поля как индикатора внутреннего волнения в изменчивость гидрооптических характеристик предпочтительнее проводить анализ сигналов на основе временных рядов вертикальных смещений этих характеристик, т. к. распределение спектральных оценок по глубинам предоставляет только общую информацию о состоянии колебательной системы.

Согласно статистическим данным наибольшее количество разливов нефти происходит при выполнении погрузо-разгрузочных операций, что вызывает необходимость выполнения мер по предупреждению перерастания небольших разливов в чрезвычайную ситуацию. В этом случае целесообразно заранее создать такие условия, которые бы приводили к однозначно прогнозируемому распространению нефти в области с заранее известными гидродинамическими условиями, для которых может быть предусмотрено специальное оборудование, характеристики которого исключают унос нефти. В работе представлены результаты экспериментального исследования полей скоростей, возникающие при обтекании судов в счале в зависимости от формы корпуса судов, расстояния между ними и относительного смещения корпусов судов. Смоделировано движение имитаторов нефтепродукта на поверхности воды за корпусами счаленных судов. Произведено сопоставление результатов измерений скорости потока и видеозаписей движения пленки в кильватерном следе. Получено, что для моделей судов без обводов характер сонаправленного с движением судна потока жидкости существенно зависит от расстояния между моделями. В частности, увеличение расстояния между моделями может приводить к значительному увеличению скорости спутного течения в раннем следе за счаленными корпусами судов. Пятно загрязняющего нефтепродукта, двигаясь по направлению спутного следа, может быть задержано в некотором заранее предусмотренном месте с помощью специального оборудования с заранее определенными параметрами и конструкцией. При этом при относительном продольном смещении корпусов такой картины на ранних возрастах следов не наблюдается. Полученные предварительные результаты позволяют предположить существование некого «оптимального» с точки зрения локализации и ликвидации разливов нефти расстояния между корпусами в счале, которое в дальнейшем может изменить подход к технологиям локализации и ликвидации разливов нефти на рейдах рек при выполнении грузовых операций с нефтью и нефтепродуктами.

На основе численного решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье—Стокса определены гидродинамические характеристики подводного планера-глайдера. Рассмотрены методологические аспекты определения коэффициентов вращательных производных гидродинамических сил и моментов подводных объектов на основе механизма «скользящих вычислительных сеток», реализованного во многих расчетных комплексах механики жидкости и газа. Указаны основные этапы создания расчетной модели для решения подобных задач. В результате нестационарного расчета обтекания подводного объекта вязкой жидкостью определены поля скоростей и давлений в потоке. Получены соотношения, позволяющие по заданным значениям гидродинамических воздействий определять коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов. Построена математическая модель движения глайдера. Приведены зависимости параметров движения глайдера при действии знакопеременной избыточной плавучести. На основе анализа корней характеристического уравнения линеаризованной системы определены области устойчивости глайдера на балансировочных режимах движения при варьировании величиной избыточной плавучести, значением метацентрической высоты, а также плечом избыточной плавучести.

Приведены результаты экспериментальных и численных исследований закономерностей формирования акустических полей, сформированных низкочастотными импульсными сигналами, распространяющимися из шельфа в глубокое море. Обсуждаются результаты эксперимента, проведенного в Японском море в апреле 2014 г., в сравнении с результатами, полученными в августе 2006 г., на одной и той же акустической трассе, с расстояниями между корреспондирующими точками более 100 км. В апреле гидрологические условия на шельфовом участке трассы и в верхнем слое глубоководной части моря характеризовались наличием относительно слабого (~0.35 с−¹) отрицательного вертикального градиента скорости звука, в то время как в августе 2006 г. он составлял ~1.5 с−¹. Экспериментальные и численные исследования показали, что эффект акустического «оползня» в условиях слабого отрицательного градиента скорости звука также проявляется, но структура акустического поля захваченного подводного звукового канала имеет более сложный характер с растянутой во времени импульсной характеристикой. Тем не менее, ее упорядоченная, стабильная и хорошо идентифицируемая структура во всех случайно выбранных для измерений точках на трассе позволяет рассчитывать на создание эффективных подводных навигационных систем по типу ГЛОНАСС и GPS для сезона с весенней гидрологией.

Представлены результаты эхолокационных измерений потока газа из его пузырьковых выходов на дне озера Байкал, полученных в 2005—2014 г. Впервые выявлена связь между высотой струи всплывающих пузырьков газа и величиной потока метана. Анализ полученной зависимости показал, что все выходы газовые разделяются на три основных группы в зависимости от их глубины истечения: мелководные, промежуточные и глубоководные. Обсуждаются зарегистрированные факты извержения газовых выходов. Показано, что объем метана в первой порции выброшенного газа более чем на порядок больше, чем в среднем для стационарного режима истечения конкретного выхода газа. Диапазон изменения радиусов пузырьков во время извержения оценивался по скорости всплытия облаков пузырьков газа.

Приводятся способы оптимизации весовых коэффициентов цилиндрических звукопрозрачных многоэлементных антенн с учетом совокупности требований к их характеристикам. Рассматриваются антенны, состоящие только из ненаправленных элементов. Оптимизация производится для весовых коэффициентов дуги антенны, многократное повторение которой в вертикальной плоскости приводит к формированию цилиндрической конструкции. Рассматриваются следующие варианты построения весовых коэффициентов: в соответствии со спадающим от основного лепестка антенны к тыльной области распределением весов; синтезированным компромиссным методом в полосе частот и на тоне; частично оптимизированным методом. Произведен анализ характеристик направленности антенн, полученных в результате различных способов построения весов. В качестве альтернативной конструкции антенн рассмотрен вариант построения «двухслойных» цилиндрических антенн, в которых каждый элементарный приемник состоит из двух ненаправленных элементов, расположенных вдоль радиальной линии цилиндра. Показано, что характеристики направленности таких антенн близки по своим параметрам к параметрам антенн с внутренним экраном. Представлены исследования оценки качества полученного результата при применении каждого типа оптимизации. Предложенный в статье критерий качества учитывает требования к увеличению коэффициента концентрации антенны, уменьшению ширины основного лепестка характеристики направленности, отсутствию сверхнаправленных решений, а также снижению влияния бокового и тыльного поля. Показано, что при проведении оптимизации весовых коэффициентов наиболее предпочтительным оказывается вариант частичной оптимизации, а наиболее эффективным техническим решением по совокупности технических параметров обладает вариант «двухслойных» цилиндрических антенн.