Баротропные затоки соленой североморской воды в Балтийское море (SBIs), произошедшие в период с 01.09.2023 по 20.02.2024, анализируются с использованием данных реанализа NEMO. Тестирование модельного продукта показало, что он адекватно воспроизводит наблюдаемые временные ряды солености и температуры в зависимости от глубины и времени продолжительностью 32 года (1993–2024 гг.) на станции мониторинга BY15, расположенной в Готландской впадине. Объем воды, поступающей в Балтийское море посредством SBIs, оцениваемый на основе наблюдений уровня моря и солености, оказался в высокой степени коррелирующим с прямыми оценками, основанными на данных реанализа NEMO. Сопоставительный анализ SBIs, произошедших в октябре и декабре 2023 года показывает, что их количественные характеристики, такие как объем приносимой воды и массы соли, хотя и важны, тем не менее, не в полной мере определяют последующую динамику поля солености в отдаленных бассейнах Балтийского моря. Помимо приносимого объема воды и массы соли важнейшее значение имеет синоптическая изменчивость поля ветра. Учитывая, что перенос соленой воды в придонном слое Борнхольмского канала, Слупского желоба и Хобургского канала в направлении наиболее глубоких впадин Балтийского моря наиболее интенсивен при северо-западном, северном и северо-западном ветрах соответственно, можно ожидать, что продолжительный период северо-западного ветра, который сразу следует за затоком в Датские проливы и Арконский бассейн, является наиболее благоприятным для вентиляции глубинного слоя Балтийского моря.

В Атлантическом отделении Института океанологии РАН разработана и изготовлена по модульному принципу автономная гирлянда термодатчиков. По результатам измерений на восточном склоне Гданьской впадины Балтийского моря отмечены колебания изотерм. Интерпретация колебаний перманентного галоклина показала, что основной причиной их подъема являются события, при которых при антициклонической циркуляции в водной толще возникает компенсационное течение в придонном слое. Такое компенсационное течение, направленное на восток вдоль южного склона Гданьской впадины, приподнимает изотермы вблизи восточного склона. Максимальная корреляция между глубиной залегания изотермы 5,5 °C и проекцией вектора напряжения трения ветра наблюдалась при западном ветре с небольшой долей северного и с задержкой по времени 38–48 часов. Такая временная задержка обеспечивается инерцией системы. Также по результатам натурных измерений проведена верификация данных модели NEMO, которая показала неточности модели: запаздывание и сглаживание колебаний. Особенно сильные различия отмечаются для верхней части гирлянды термодатчиков, где по модельным данным отсутствуют высокочастотные колебания. У дна высокочастотных колебаний становится значительно меньше и модель достаточно точно, хоть и с запозданием, воспроизводит вертикальные движения выбранной изотермы.

Рассматриваются причины недооценки придонной солёности в моделях общей циркуляции Балтийского моря. На основе высокоэффективной модели Oceananigans выполнены расчеты распространения затока солёных североморских вод в придонном слое Балтийского моря в период январь–апрель 1993 г. Результаты этих расчетов находятся в лучшем соответствии с данными В.Т. Паки высокочастотного сканирования вертикальной структуры моря с вертикальным разрешением от 0,25 до 0,5 м и расстояниями между станциями около 500 м, чем результаты аналогичного расчёта (реанализа) для той же ситуации, выполненного по модели NEMO-Nordic. Этого удалось достигнуть за счёт существенного снижения численной диффузии путём увеличения вертикального разрешения и использования адвективных схем высокого порядка точности в модели Oceananigans без использования процедуры ассимиляции данных наблюдений. Указанные усовершенствования модели Oceananigans понизили скорость вычислений всего лишь на 30 %. Разработанная модельная конфигурация даёт определённые надежды на получение без процедуры ассимиляции адекватных оценок распространения придонного гравитационного плотностного течения в Балтийском море и его взаимодействия с осадками, включая обмен кислородом, что важно для моделирования морских экосистем.

На основе анализа уровенных данных на семи береговых мареографах исследован резонансный механизм формирования суточного прилива в Финском заливе. Ключевую роль в формировании приливного режима в Балтийском море играет собственный прилив — реакция водной толщи бассейна на прямое воздействие приливообразующей силы. Важной особенностью прилива в Балтийском море является преобладание суточных приливов над полусуточными. Выявлено, что чем ближе частота приливной гармоники к собственной частоте бассейна, тем будет статический отклик этой гармоники. Это резонансное усиление приливных суточных гармоник происходит из-за влияния собственных колебаний Финского залива и всего Балтийского моря, которые имеют период около 27 ч. Именно из-за резонансного усиления суточных приливных колебаний в Финском заливе максимальная величина прилива в этой части моря может достигать 19 см.

На основе совместной высокоразрешающей численной модели проанализированы изменения в структуре течений и поля ветровых волн в северо-восточной части Невской губы в районе побережья Парка имени 300-летия Санкт-Петербурга, вызванные наличием береговых сооружений. На примере августа 2011 года показано, что при слабых ветрах различных направлений основной вклад в формирование поля течений вносит р. Нева. Влияние гидротехнических сооружений проявляется в разрушении антициклонического вихря в районе гидротехнического сооружения № 3 и уменьшением скорости течения с 15 до 5 см/с. Для условий декабря 2011 года получено, что при слабых юго-западных и западных ветрах влияние береговых сооружений выражается в том, что при сохранении общей структуры поля течений, наблюдается уменьшение их скорости на 5–10 см/с в районе пляжной зоны парка. При штормовых ветрах западного направления, характерных для конца декабря 2011 года, происходит значительное отклонение стока Невы в южном направлении и уменьшение скорости стокового течения до 20–25 см/с. При этом в районе пляжной зоны формируется течение, направленное вдоль береговой черты с северо-запада на юго-восток. Влияние береговых сооружений сказывается в уменьшении скорости течения на 5 см/с в районе между гидротехническими сооружениями № 2 и № 3, что приводит к формированию застойной зоны. Анализ волнового режима выявил, что береговые сооружения создают зоны волновой тени, существенно снижая высоту волн в непосредственной близости от них, однако защитный эффект ограничен локальными участками. Максимальное снижение волновой активности наблюдается при западных ветрах, минимальное — при южных.

Выполнена серия опытов по перемешиванию водного слоя с изначально постоянным вертикальным градиентом солености (плотности) колеблющимися вертикальными стержнями, создающими однородное турбулентное воздействие по всей толщине водного слоя. В результате перемешивания в большинстве опытов происходило образование ступенчатой структуры, в виде последовательности квазиоднородных слоев, разделенных высоко градиентными прослойками. Ступенчатая структура в поле плотности наблюдалась с помощью теневого прибора (шлирен-метод). В некоторых опытах ступенчатая структура не образовывалась, и стратификация, несмотря на перемешивание, характеризовалась постоянным вертикальным градиентом плотности. В каждом опыте с расслоением производились измерения толщин квазиоднородных слоев. Установлена автомодельная зависимость безразмерной толщины слоя от числа Ричардсона. В размерном виде эта зависимость свидетельствует о том, что толщина квазиоднородного слоя пропорциональна произведению амплитуды колебания стержней на отношение кинетической энергии турбулентного воздействия к потенциальной энергии стратификации. Представлена диаграмма, позволяющая судить о закономерности образования слоев при различных значениях чисел Рейнольдса и Ричардсона. Проведенные опыты показали, что не только дифференциально-диффузионная конвекция, но и продолжительное механическое перемешивание при определенных условиях может приводить к ступенчатому расслоению устойчиво стратифицированной водной среды.

Приводится описание массива данных измерений колебаний уровня моря, выполненных с дискретностью 1 мин, в трех бухтах г. Севастополя: Голландия, Карантинная и Круглая. Детально проанализирован отрезок с начала октября по середину декабря, наиболее обеспеченный синхронными измерениями. Спектральный и вейвлет анализы позволили подтвердить проявления описанных ранее приливных колебаний, а также сейш Черного моря. Более детальный анализ спектральных и фазовых диаграмм позволил описать периоды, на которых проявляются локальные собственные моды. Показано, что в рассмотренных бухтах колебания, вызванные приливами, глобальными сейшами Черного моря и шельфовыми сейшами происходят синфазно. Взаимодействие бухт на собственных периодах имеет противофазный характер. Впервые на основе данных натурных наблюдений для системы Севастопольских бухт было показано, как старшие моды более крупной бухты проявляются в колебаниях прилегающих более мелких бухт. Высокие значения когерентности отмечены между колебаниями в бухтах Голландия и Карантинная на собственных периодах Севастопольской бухты, равных 48 и 10 мин. Бухты Круглая и Карантинная активно взаимодействуют между собой на периодах мод Гельмгольца (11,9 мин — период моды Гельмгольца бухты Карантинная; 13,5 мин — период моды Гельмгольца бухты Круглая).

Цель работы — оценка точности воспроизведения вертикального распределения температуры и солености вод Авачинского залива (Тихий океан) в прибрежной части акватории по данным двух глобальных океанических продуктов реанализа: CMEMS GLORYS12v1 и GOFS3.1. В качестве независимых данных использовались результаты in situ измерений, выполненных по повторяющейся сетке станций в апреле 2019 и 2020 гг. Результаты показали, что оба продукта воспроизводят общие тенденции в изменении термохалинных характеристик, однако точность варьируется в зависимости от глубины и района. Средняя аномалия по температуре составила 0,6 °C для CMEMS GLORYS12v1 и 0,4 °C для GOFS3.1, а по солености — 0,3 ‰ и 0,4 ‰ соответственно. Наибольшие отклонения наблюдались на шельфовых станциях, где продукты реанализа не воспроизводили как средние значения, так и приповерхностный галоклин, что вероятно связано ограничениями разрешающей способности моделей и недостатком данных для точных расчетов. В глубоководной части залива оба продукта демонстрируют более высокую точность, хотя на отдельных станциях отмечаются неточности в воспроизведении характеристик и особенностей вертикальной структуры холодного промежуточного слоя и верхней границы теплого промежуточного слоя. В частности, GLORYS12v1 лучше воспроизводит распределение солености, тогда как GOFS3.1 более точно отражает структуру температуры. Однако оба продукта демонстрируют слабую точность в воспроизведении вертикальной структуры солености на шельфе, что указывает на необходимость более точного учета локальных процессов, таких как сток пресных вод и динамика прибрежных течений. В целом, для отслеживания состояния морских экосистем в глубоководных районах Авачинского залива, включая область каньона Северный, являющуюся эпицентром нереста восточнокамчатской популяции минтая, предпочтительным является использование данных по температуре и солености из продукта GOFS3.1.

Микроэлектромеханические инерциальные датчики со встроенными алгоритмами оценки ориентации широко применяются в современных волноизмерительных буях. Однако детали этих алгоритмов обычно скрыты от пользователя, что делает дальнейший анализ измерений характеристик волнения и их точность не совсем прозрачными. В данной работе представлены результаты натурного эксперимента с прототипом волноизмерительного буя, в котором измерения трёхосевых акселерометра, гироскопа и магнитометра записывались в максимально «сыром» виде на карту памяти. Последующая обработка проводилась с использованием различных алгоритмов оценки ориентации, имеющих открытую и легко доступную программную реализацию. В исследовании рассматривались как прямые методы оценки по измерениям силы тяжести и магнитного поля, так и более сложные подходы, включая комплементарный фильтр и его вариации (фильтры Махони и Маджвика), а также фильтр Калмана и его расширенную версию. Полученные разными способами оценки ориентации использовались для расчёта одномерных частотных и двумерных частотно-угловых спектров, а также для определения интегральных параметров волнения, таких как высота значительных волн, период волн, соответствующих пику спектра, и средневзвешенное направление волн. Результаты, полученные разными алгоритмами, сопоставлены с референтными измерениями, выполненными струнными волнографами. На основе этого сравнения сделаны выводы о качестве работы алгоритмов в контексте задачи измерения морских волн. Представленные результаты могут быть полезны как для постобработки исходных измерений волноизмерительных буев (как в данном исследовании), так и для разработки встроенных алгоритмов, в случаях, когда передача всего объёма исходных данных не представляется возможной.

Дается обзор основных инноваций, которые были разработаны и внедрены в практику натурных гидрофизических измерений в океане Вадимом Тимофеевичем Пакой. Среди них термокоса, термотрал, слабо-привязной микроструктурный зонд «Баклан», ундулирующий буксируемый тонкоструктурный комплекс «Рыбка» с управлением ундуляциями с помощью высокоскоростной лебедки и измеритель скорости течения по углам наклонения тела с положительной плавучестью, подвешенного в набегающем потоке (TCM). Особое внимание уделяется зонду «Баклан» и комплексу «Рыбка», так как именно они оказали наибольшее влияние на развитие современных методов натурных измерений в океане и имели наибольшее число последователей. Генеральной идеей зонда «Баклан» было квази-свободное погружение носителя датчиков турбулентности на гибком, ненагруженном, свободно стравливаемом кабеле с около-нейтральной плавучестью. Это позволило оперативно производить многократные измерения турбулентности в верхнем слое океана при низком уровне шумов, что было невозможным при использовании как обычных кабельных зондов, так и автономных свободно-падающих зондов. Представлена история развития идей В.Т. Паки, заложенных в основу «Баклана» и «Рыбки», и их реализации в «железе». Дается сравнение «Баклана» и «Рыбки» с существующими измерительными системами, такими как MSS Profiler и SeaSoar.