Отдел прибрежной и мезомасштабной океанологии

Руководитель П.О. Завьялов

4 лаборатории

Лаборатория взаимодействия океана с водами суши и антропогенных процессов

www.land-ocean.ru, рук. П.О.Завьялов

занимается исследованиями закономерностей распространения материкового речного стока, терригенных веществ и антропогенных загрязнений в прибрежной зоне океана, шельфовых процессов, а также анализом состояния внутренних морей и крупных водоёмов суши в современных условиях климатических изменений и возросшей антропогенной нагрузки. Лаборатория развивает методы математического моделирования, в том числе с использованием авторских численных моделей, а также широко использует данные дистанционного зондирования, однако основой деятельности лаборатории являются натурные исследования. В состав лаборатории входит также отдельная Группа синоптической океанологии.

• Выполнены комплексные исследования акватории Керченского пролива. На основе численного моделирования установлено, что объем и направление водообмена между Черным и Азовским морями определяются почти исключительно величиной меридиональной компоненты напряжения ветра и длительностью его действия. Выполненные трижды в 2019-2020 гг натурные съёмки полей скорости в проливе (см. рис.) показали, что течения через пролив крайне неоднородны как по глубине, так и по поперечной проливу координате. По данным натурных измерений впервые оценены потоки основных антропогенных загрязнителей (металлы, пестициды, углеводороды) через Керченский пролив.

  
  Схема циркуляции между центральным и южным створами Керченского пролива по данным натурной ADCP-съемки

• Исследованы закономерности динамики плюмов рек в арктических и южных морях России. Показано, что в результате динамического взаимодействия плюмов рек Обь и Енисей в Карском море при определённых ветровых условиях воды енисейского происхождения могут вторгаться глубоко в Обскую губу. Показано, что устья рек эстуарного и дельтового типов создают динамически разные типы плюмов. Показано, что плюмы малых горных рек эффективно генерируют цуги внутренних волн на кавказском шельфе Черного моря. Показано, что наблюдаемые вблизи речных устьев короткопериодные вертикальные осцилляции поверхности моря являются характерным внутренним свойством речных плюмов, выражающим колебания плюма вокруг положения равновесия.

• Обнаружены проявления загрязнения донных отложений в акваториях северо-восточного шельфа Каспийского моря антропогенными радионуклидами, источником которых предположительно является хвостохранилище Кошкар-Ата в районе г. Актау. Обоснована гипотеза о связи переноса этих загрязнений с квазистационарным мезомасштабным вихрем, локализованным у м. Песчаный.
• Выполнялись ежегодные натурные исследования современного состояния крупных водоёмов суши - остаточных водоёмов Аральского моря и озера Иссык-Куль. Обнаружено, что в результате формирования мощной двухслойной стратификации западный остаточный водоём Аральского моря превратился в крупнейший на планете гелиотермальный бассейн (то есть такой, в котором летняя инсоляция аккумулируется в нижней части водной колонны, формируя ярко выраженный промежуточный максимум температуры). Создана специальная численная модель, описывающая это явление. На озере Иссык-Куль обнаружена ранее не известная особенность термохалинной структуры – слабый, но персистирующий от года к году максимум солёности в промежуточных слоях озера, и показано, что его формирование связано с интрузией в придонном слое сравнительно опреснённых, но более холодных вод, образовавшихся при дифференциальной зимней конвекции на шельфе. Этот механизм вентиляции придонного слоя важен не только для озера Иссык-Куль, но и для ряда других водоёмов и морей.

Лаборатория морской турбулентности

рук. В.М. Журбас

развивает исследования турбулентных процессов в океане в широком диапазоне пространственно-временных масштабов от квазиизотропной мелкомасштабной турбулентности до сильно анизотропной субмезомасштабной и мезомасштабной турбулентности методами численного и аналитического моделирования с применением данных дистанционных и контактных натурных измерений.

Важнейшие достижения последних лет:

• Разработана численная модель циркуляции Балтийского моря со сверхвысоким разрешением (шаг сетки 232 м по горизонтали и около 2 м по вертикали). Модель позволяет адекватно воспроизводить субмезомасштабные структуры, включая когерентные вихри, фронты, филаменты и спиралевидные образования, которые наблюдаются на изображениях поверхности моря высокого разрешения, полученных путем дистанционного зондирования из космоса.

Спутниковый снимок северо-восточного участка Балтийского моря в оптическом диапазоне (Landsat-8, 18.07.2018, слева) и синхронная карта температуры поверхности моря, построенная по результатам моделирования (справа).

• На основе прямых измерений турбулентности доплеровскими профилографами скорости и численного моделирования получены оценки зависимости интенсивности турбулентности и плотности приливной энергии, доступной для преобразования в электрическую энергию, от глубины моря, фазы и амплитуды прилива, потоков энергии “океан-атмосфера” и параметров волнения.
• Разработана вихреразрешающая гибридная модель циркуляции Черного моря и переноса нефти от глубоководных источников.
• Развита теория динамики возмущений геострофических течений с параболическим и линейным вертикальными профилями скорости с учетом вертикальной диффузии массы и импульса.
• Получены оценки термохалинной изменчивости и расходов течения, несущего Атлантические воды (АВ) вдоль континентального склона Евразийского бассейна Арктики. Впервые показано, что резкое потепление АВ, наблюдавшееся в 2006 г., сопровождалось увеличением солености и геострофического расхода. Результаты важны для исследования изменения климата в Арктике.

Лаборатория оптики океана

рук. О.В. Копелевич, http://optics.ocean.ru/

проводит исследования по различным направлениям оптики океана, развивает оптические и радиофизические методы исследования характеристик приводного слоя атмосферы, морской поверхности и верхнего слоя моря для решения научных и прикладных задач океанологии и мониторинга морской среды

Важнейшие достижения последних лет:

• Обобщены результаты оценки биооптических характеристик шести российских морей (Баренцева, Карского, Белого, Балтийского, Черного и Каспийского) по данным спутниковых сканеров цвета за период 1998-2017 гг. Выпущена монография «Биооптические характеристики морей, омывающих берега западной половины Россси, по данным спутниковых сканеров цвета». М.2018 и очередные выпуски электронного Атласа биооптических характеристик 2017 и 2019 гг., доступные на сайте Лаборатории и содержащие цветные карты, на которых представлены среднемесячные распределения концентрации хлорофилла «а», показателей рассеяния взвешенными частицами и поглощения желтым веществом, массовых цветений фитопланктона, диаграммы изменения их среднемесячных значений, таблицы межгодовых изменений параметров.

Примеры среднемесячных распределений биооптических характеристик в рассматриваемых морях.

• Исследована внутрисезонная динамика границ поверхностного опресненного слоя в Карском море в 2013-2018 гг. Метод основан на совместном использовании рассчитанных по спутниковым данным значений показателя поглощения желтого вещества и данных непрерывных судовых измерений параметров флуоресценции. Показано существенное влияние ветрового режима на внутрисезонную и межгодовую изменчивость трансформации границ поверхностного опреснённого слоя; определены положения границ этого слоя в разные моменты времени в 2013-2018 гг.
• Разработаны новые методы и представлены результаты использования спутниковых радиолокационных изображений для обнаружения пленочных загрязнений, естественных нефтепроявлений и выходов нефтеуглеродов в различных морях России, а также атмосферных и океанских явлений, таких как Новоземельская бора, атмосферные гравитационные волны.

Лаборатория шумов и флуктуации звука в океане

рук. А.И. Веденев

проводит исследования физических параметров морской среды дистанционными акустическими методами, в частности, методом пассивной акустической томографии с использованием естественных шумов моря. Лаборатория также занимается разработкой технических средств исследования и мониторинга подводного шума в реальном времени, исследованием воздействия воздушного и подводного промышленного шума на морскую и речную фауну, численным моделированием зон безопасности при акустическом воздействии антропогенного шума на морских млекопитающих.

Важнейшие достижения последних лет:

• Разработка метода пассивной акустической интерферометрии для реконструкции параметров морской среды с использованием одиночных приемников и шумов моря вместо дорогостоящих протяженных акустических антенн и активных гидроакустических излучателей.
• Экспериментальные исследования в 2017-2019 гг воздействия подводного и воздушного шума от движения судов на воздушной полушке на орнито- и ихтиофауну шельфа Каспийского моря и дельты реки Урал.
• Новые результаты получены при моделировании шума строительства морских нефтегазовых платформ в Арктике и исследовании смещения границ зон безопасности от акустического воздействия промышленного шума на морских млекопитающих в зависимости от сезона, стадии строительства, волнения моря и присутствия газонасыщенного слоя осадков на морском дне.