Рассмотрено волнение, вызванное ветром. Обсуждаются различия между экстремальными и необычными волнами. Указано, что не всякая большая волна является необычной (freak или rogue). Такая волна должна обладать набором определенных свойств и следовательно, может рассматриваться как многомерная случайная величина. Обобщение натурных данных позволило оценить вероятность появление необычной волны. Резкое изменение спектральной структуры волнения является одним из методов прогноза (предупреждения) возможности появления необычной волны.

Впервые для исследования аномальных волн в океане используется наиболее полный массив визуальных наблюдений над волнением, ассимилированный в архиве ICOADS. Разработаны методология контроля исходных данных и критерии для классификации экстремальных ветровых волн и волн зыби. Все визуальные наблюдения над волнением, фиксирующие высоты ветровых волн 15 м и более, либо являются реальными записями сильных штормов (порядка 20% от общего числа), либо содержат ошибочные записи о высоте волны. Существуют волны зыби (небольшой процент), которые потенциально могут быть отнесены к разряду аномальных.

Дан обзор физических механизмов образования внутренних аномально больших волн («волн-убийц») в океане. Теоретическая модель основана на нелинейном эволюционном уравнении типа уравнения Гарднера, получаемого в рамках асимптотической теории. Выделены и описаны следующие механизмы: нелинейная дисперсионная фокусировка волновых пакетов, модуляционная неустойчивость нелинейных внутренних волн, трансформация волн в точках переворота, где нелинейные коэффициенты уравнения Гарднера обращаются в нуль.

Рассмотрена схема турбулентного перемешивания в океане, основанная на теории подобия. Приведена ее модификация для использования в трехмерных моделях циркуляции океана. Проведены климатические расчеты с моделью Балтийского моря, в которой применялась как вышеупомянутая схема, так и схема, построенная на уравнении кинетической энергии турбулентности. Показано, что применение схемы, основанной на теории подобия, позволило в целом улучшить воспроизведение вертикального распределения температуры и солености.

Анализ измерений ветрового волнения в северо-западной части Черного моря (декабрь 2000 г. – январь 2001 г.) позволил выделить 67 случаев образования волн-убийц в форме одиночных волн и в составе пакетов волн, не являющихся волнами-убийцами. Волны обладают заметной асимметрией: их передние склоны, как правило, круче задних, а предшествующая и последующая за волной-убийцей подошвы волн отличаются по глубине и ширине. Привлечение метеорологических данных позволило проанализировать возможную связь образования аномальных волн и ветра. Выделены две характерные ситуации. В первой из них возникновение волны-убийцы сопровождается значительными изменениями направления и скорости ветра, во второй – ее образованию предшествует ветер почти постоянного направления.

Приведены результаты анализа долговременных записей уровня моря за июнь–сентябрь 2009 г. у оконечности мыса Анива, полученных с помощью донной станции, установленной на глубине 12 м. За время наблюдений зарегистрировано 394 аномально больших волн, удовлетворяющих критерию волн-убийц (высота волны в 2 раза и более превышает значительную высоту волны), из них шесть случаев, когда превышение достигает 2.5. Частота наблюдения аномальных волн описывается пуассоновским распределением, как это и следует из теории экстремальной статистики. Волны-убийцы в среднем встречаются в этом районе дважды в день, что близко к оценке, следуемой из рэлеевского закона для узкополосного «гауссова» поля.

Свойства экстремальных штормов в районе порога Дарс юго-западной части Балтийского моря проанализированы на основе записей волномерного буя за 20 лет (1991–2010) и результатов численных экспериментов. Долгосрочная средняя значительная высота волн H_S составляет ~0.7 м, а характерные периоды – 2–4 с. Наибольшая измеренная H_S составила 4.46 м. Наибольшее расхождение (разница до 2 с) установлено между характерными измеренными и модельными периодами волн. Временная динамика годовых наивысших волн имеет пилообразный характер с увеличением в 1958–1990 гг., начиная с 1993 г., и резким снижением в 1991–1992 гг. Измеренные среднегодовые и максимальные высоты волн незначительно изменялись в 1991–2010 гг., но порог в 1 % наиболее высоких волн существенно снизился.

На основе проведенных натурных измерений глубинных профилей гидрофизических и гидрооптических характеристик в Белом, Баренцевом и Карском морях проведено моделирование лидарных изображений внутренних волн (зависимостей эхо-сигнала лидара от его горизонтальных координат, глубины, с которой приходит сигнал и параметров внутренних волн). Показано, что изображения внутренних волн, в зависимости от вертикального распределения гидрофизических и гидрооптических параметров и их сочетания, имеют достаточно сложную и разнообразную структуру.