ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ГИДРОФИЗИКИ
Обосновывается необходимость формулировки новых схем расчета притока энергии от ветра к волнам, предназначенных для включения в модели прогноза ветровых волн. Описывается схема, основанная на линейной теории Майлза, которая связывает Фурье-компоненты поверхностного давления с Фурье-компонентами возвышения через так называемую бета-функцию. Бета-функция представляется как зависимость от отношения скорости ветра на высоте половины волны к фазовой скорости моды для данного волнового числа. Приводится аппроксимация бета-функции, полученная по данным статистической обработки результатов прямого совместного моделирования волн и приволнового слоя атмосферы. Показаны результаты испытания данного метода в модели прогноза ветровых волн WAVEWATCH, которая была адаптирована для региона Балтийского моря. Описывается система прогноза морских волн WAVEWATCH/WRF. Данной системой был проведен эксперимент по воспроизведению шторма, который наблюдался 18—22 августа 2014 г. Приводятся результаты экспериментов, а также сравнение результатов с данными наблюдений, полученных с буя FMI. Показано, что модель прогноза ветровых волн с внедренной в неё предложенной схемой успешно воспроизвела эволюцию волнения.
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫ
Решение уравнений трехмерной конечно-элементной гидростатической модели QUODDY-4 показывает, что поля средней (за приливный цикл) интегральной по глубине диссипации бароклинной приливной энергии и среднего по глубине коэффициента диапикнической диффузии отличаются в Баренцевом и Карском морях как качественно, так и количественно. Действительно, если в Баренцевом море интегральная диссипация бароклинной приливной энергии максимальна в южных районах и минимальна к западу от о-вов Новая Земля, то в Карском море максимальные значения диссипации приходятся на Центральное плато, а также на Байдарацкую, Обскую и Гыданскую губы и Енисейский залив, а минимальные — на дискретные пятна, разбросанные нерегулярным образом в основном в северо-восточной части моря. Поля среднего по глубине коэффициента диапикнической диффузии в Баренцевом и Карском морях в общем напоминают пространственное распределение диссипации, причем его значения в Карском море меньше, нежели в Баренцевом, почти на порядок величины. Это объясняется не столько ослаблением диссипации в Карском море, сколько усилением в нем стратификации. В среднем по площади моря его значения равны 5.0×10−4 м2/c в Баренцевом море и 0.1×10−4 м2/c во внеустьевой части Карского. Используя теперь приближение «слабого взаимодействия» и сравнивая коэффициент диапикнической диффузии с коэффициентом вертикальной турбулентной диффузии, найденным без учета приливного форсинга, убеждаемся, что влияние диапикнической диффузии должно заметно сказываться на климате Баренцева моря и практически не ощущаться в Карском.
Анализируются результаты контактных измерений высот короткопериодных внутренних волн в районах около Соловецких островов, на южной границе пролива Горло в Белом море и севернее Кольского полуострова в Баренцевом море, выполненные в летние сезоны 2010—2016 гг. Длительность измерений в каждом районе составила не менее суток за сезон. Установлено, что за сутки в каждом районе отмечено от 50 до 150 волн. Их средняя высота на полигонах меняется от 2 до 6 м. В некоторых из них несколько раз за сутки отмечены интенсивные внутренние волны. Максимальные зарегистрированные высоты внутренних волн в Белом море составляют 18 м, в Баренцевом море — 8 м. В предположении о стационарности волнообразующих факторов выполнены оценки вероятности появления экстремальных высот внутренних волн, которые могут наблюдаться один раз за сутки, 10 дней, 1 мес, 2 мес, 3 мес. Наиболее интенсивные волны ожидаются в Белом море, в районе Западной Соловецкой салмы, где раз в месяц будут наблюдаться волны высотой до 28 м, а на южной границе пролива Горло в Белом море и севернее Кольского полуострова, в Баренцевом море, за тот же период ожидаются волны, превышающие 10 м.
Представлена методика обработки данных гидрофизических измерений, выполненных CTD и LADCP профилографами. Профили скорости, солености и температуры были измерены в разломе Вима (11° с.ш.) в северной части Срединно-Атлантического хребта на НИС «Академик Сергей Вавилов» в сентябре 2015 г. и апреле 2016 г. Целью является исследование термохалинных и динамических характеристик потока Антарктической донной воды через разлом Вима. Этот абиссальный канал соединяет глубоководные котловины Восточной и Западной Атлантики и играет ключевую роль в распространении Антарктической донной воды. Мы анализируем термохалинные свойства донных вод на 6 гидрофизических станциях. Для учета горизонтального движения измерительного комплекса при обработке скоростей используется линейный обратный метод расчета профилей скорости. Скорости течений корректируются по спутниковым альтиметрическим данным с учетом приливных скоростей, рассчитанных по модели TPXO Орегонского университета. Скорости течения основного потока через северный канал составляют более 40 см/с. В этой работе мы также используем данные глобальных моделей батиметрии и наших эхолотных промеров. Разрезы скорости, температуры и солености в перпендикулярном каналам направлении представлены для двух основных частей разлома Вима. Известные скорости и геометрия канала позволяют рассчитывать потоки донных вод между глубоководными котловинами Северной Атлантики.
Бентосные организмы способны оказывать значительное влияние на геохимические процессы в донных отложениях за счет выкапывания нор и туннелей, которые затем разрушаются или засыпаются, поглощения и экскреции отложений, вспахивания поверхностных грунтов и т. д. В работе исследуется влияние биотурбационной активности видов-вселенцев полихет Marenzelleria arctia на содержание органического углерода, валовое содержание железа и марганца в твердой фазе донных отложений в восточной части Финского залива. Содержание химических соединений в донных отложениях, а также численность и биомасса полихет были получены в ходе экспедиции РГГМУ в июле 2016 г. Применение методов статистического анализа позволило выявить закономерности распределения химических веществ в условиях различной численности полихет. Было установлено, что на станциях с более высокой плотностью поселения полихет наблюдается более низкое содержание органического вещества, железа и марганца твердой фазы донных отложений. Напротив, на станциях с низкой численностью червей, содержание этих веществ выше. Можно заключить, что биотурбационная деятельность полихет способствует увеличению минерализации органического вещества и уменьшению его захоронения, а также, вероятно, способствует более интенсивному расходованию оксидов/гидроксидов Fe и Mn при окислении органического вещества.
В сентябре-ноябре 2014 г. в районе м. Открытый (восточное побережье Уссурийского залива Японского моря), в котором планируется строительство угольного морского терминала «Порт «Вера», были проведены комплексные океанологические и геоморфологические исследования. Их целью было изучение динамических процессов в прибрежной зоне (течения, волнения, инфрагравитационных волн) и их влияния на состояние берега и транспорт прибрежно-морских наносов. Для решения этих задач были установлены два измерителя волнения на различной глубине, измеритель течений и колебаний уровня моря, выполнено маршрутное обследование побережья, батиметрические работы на четырех поперечных берегу галсах и на них отобраны пробы поверхностного донного грунта. Для изучения влияния погодных условий, была установлена цифровая метеостанция. Показано, что в течение периода наблюдений наблюдалось усиление прибрежного потока, ориентированного на юг, что могло быть причиной транспорта мелкофракционных осадков из северной части Уссурийского залива. Их транзит и аккумуляция выявлены по результатам отбора проб и промерных съемок на глубинах более 15 м, в прибрежной части наблюдалась обстановка размыва. Несмотря на интенсивное волнение и подверженность абразии мысовых участков побережья, сложенных твердыми и прочными породами, поступление на подводный береговой склон большого количества рыхлых осадков непосредственно в районе строительства маловероятно. Существенную роль в прибрежной динамике играют прибойные биения (инфрагравитационные волны).
ГИДРОАКУСТИКА
Обсуждаются результаты эксперимента, проведенного в Японском море в марте 2016 г. на акустической трассе протяженностью 194 км при зимних гидрологических условиях. Исследован наиболее сложный случай распространения импульсных псевдослучайных сигналов из шельфа в глубокое море при наличии на акустической трассе вихревого образования. Анализ экспериментально полученных импульсных характеристик показал, что во всех точках, на горизонте приема 70 м, фиксируется максимальный первый приход акустической энергии. На данном горизонте приема первыми приходят импульсы, прошедшие в приповерхностном звуковом канале по кратчайшему расстоянию и под малыми, близкими к нулю, углами. Показано, что для случая распространения низкочастотных импульсных сигналов с малыми углами скольжения через вихревую систему лучевые траектории не претерпевают заметных изменений, т. к. влияние вихря мало повлияло на формирование временной структуры импульсного отклика волновода на всей трассе. Это позволило адаптировать известную программу расчета акустических полей RAY к условиям эксперимента. Предложена методика расчета средней скорости звука на трассе по данным спутникового мониторинга поверхностной температуры, позволяющая рассчитывать на успешное решение задач акустической дальнометрии и навигации.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОФИЗИКА
Разработан новый морской поляризационный лидар ПЛД-1, предназначенный для решения задач, связанных с определением пространственной структуры полей гидрооптических характеристик, а также регистрации и определения положения объектов, расположенных в толще морской воды. В качестве источника зондирующего излучения в ПЛД-1 используется в твердотельный импульсный лазер на АИГ:Nd с диодной накачкой. Приведены особенности конструкции и основные технические характеристики лидара. Представлены некоторые результаты первых натурных экспериментов, выполненных в прибрежных водах Черного моря. В ходе этих экспериментов были уверенно зарегистрированы эхосигналы от плоской и сферической мишеней при протяженности подводного участка трассы зондирования более чем в двое превышающим глубину видимости белого диска Zб. Продемонстрировано преимущество поляризационного метода локации погруженных объектов с регистрацией кроссполяризованной компоненты эхо-сигнала.
ХРОНИКА
ISSN 2782-5221 (Online)