SCI Библиотека

Purpose. Development of regional satellite algorithms requires the information on bio-optical properties of a particular water area. The present study is aimed at comparative analysis of bio-optical properties of optically complex waters differing in their trophic status.

Methods and Results. The study combined the results of measuring the spectral bio-optical properties in the waters of the Black, Azov, Barents and Norwegian seas, the Arctic and Southern oceans (Atlantic sector) and Baikal and Teletskoye lakes. Spectral coefficients of light absorption by phytoplankton, non-algal particles and colored dissolved organic matter were measured in accordance with the International Ocean Colour Coordinating Group Protocols. The study areas included the waters with trophic levels from the oligotrophic to the eutrophic ones (the chlorophyll a concentrations in the surface layers varied from 0.066 to 24 mg⋅m−3) and with high heterogeneity in their bio-optical properties: the total non-water light absorption at the wavelength of 438 nm varied from 0.021 to 0.97 m−1.

Conclusions. In all the regions, a high (within an order of magnitude or higher) spatial variability in the values of light absorption coefficients by all the optically active components and their ratios was noted. This fact indicates the optical complexity of waters in each of the regions under study. The regional specificity of parameterization coefficients for light absorption by phytoplankton, non-algal particles and colored dissolved organic matter was shown. The revealed parameterization coefficients for light absorption by the optically active environment components can be used to develop regional satellite algorithms for assessing water quality and productivity indicators. Based on the empirically revealed dependencies, the following additional indicators of water quality were proposed: the euphotic zone depth and the spectral characteristics of downwelling irradiance which can be retrieved based on remote sensing data.

Purpose. The study is purposed at determining modern dynamics of the Lake Sasyk bay-bar (Crimean Peninsula) and the impact of the local seawater intake upon the coastal zone based on long-term in situ observations, satellite data and mathematical modeling. The study was conducted in view of the proposed construction of transverse hydraulic structures.

Methods and Results. Regular (2007–2014) and occasional in situ observations of the coastline dynamics at the Lake Sasyk bay-bar were used. The maximum inter-annual oscillations in the coastline locations are shown to be 5.8 m in the sections to the southeast from the transverse structure (seawater intake) and 3.4–7.2 m – in the sections to the northwest. Seasonal variability is significantly higher: the maximum range is 14.6 m in the sections to the southeast, and in those to the northwest – 26.7 m. The wave climate was investigated. The wave reanalysis data for 1979–2022 have shown that the southwestern direction of waves approaching the coast with a frequency exceeding 30% is most probable. The highest waves also come from this direction. The extreme values of wave characteristics which can occur once in n years were obtained. The mean long-term values of storm numbers in the area under study are given depending on their duration. Application of the GenCade integrated lithodynamic model permitted to obtain the estimates of changes in the coastline position in this area on the interannual scales.

Conclusions. The model calculations made it possible to reproduce the main features and trends in changes of the beach width in the area of the structure obtained due to in situ observations. The mean annual sediment flows in the area under study are directed clockwise (to the southeast) that is conditioned by the coastline orientation and the wave climate features. Difference between the mean annual sediment rates at the area boundaries is negligible – less than 4% of the multi-year average. This fact indicates insignificant impact of the structure upon the sediment total transfer to the southeast.

Purpose. The aim of the study is to analyze the features of mean long-term structure and intra-annual variability of the characteristics of temperature fronts on the ocean surface in the Patagonian shelf region.

Methods and Results. Mean daily values of the ocean surface temperature from the NOAA OI SST data and the geostrophic velocity components on the surface at the nodes of a 0.25° regular grid from the CMEMS reanalysis for 1993–2020 were used. It is shown that at the western periphery of a large-scale cyclonic meander formed by the currents in the Patagonian shelf region (south of 45°S), three branches of the Subantarctic Front are traced; they correspond to theWest Falkland Current and to two jets of the East Falkland Current. North of 45°S, where one Falkland Current jet is observed, one branch of the Subantarctic Front is identified. On the eastern periphery of the meander, the front corresponding to the common stream of the Brazil Current and the Falkland Return Current is revealed. Besides, south of 40°S, a separate branch of the Subantarctic Front corresponding to one more recirculation of the Falkland Current is observed. It is shown that at the meander western periphery, the branches of the Subantarctic Front are most intensified in February – March, at its eastern periphery – in March – April, and at the meander northern peak (in the zone of the Brazil – Falkland Confluence) – in April – May and November.

Conclusions. It is found that on the western periphery of the cyclonic meander, south of 45°S, the main branch of the Subantarctic Front approximately follows the 900–1000 m isobaths, north of 45°S – the 150–170 m isobaths, and closer to the Brazil – Falkland Confluence – the 50–60 m isobaths. At the meander eastern periphery, north of 40°S, the main branch of the front is very close to the 800–1000 m isobaths, south of 40°S – to the 1000–2500 m isobaths. It has been established that the differences between the seasonal cycles of intensity of the Subantarctic Front branches are related to the dissimilar warming and cooling rates of surface waters separated by these branches.

Purpose. Sea breeze circulation is a common mesoscale phenomenon near the coasts of water bodies. However, at the moment, a number of the published review papers on this topic remain small. Therefore, the purpose of the work is to complement the existing reviews on sea breezes by generalizing the available knowledge on the influence of air heating intensity near the land surface, atmosphere stratification, synoptic background wind and the Coriolis force upon the sea breeze circulation.

Methods and Results. An overview of the results of studies involving the theoretical research methods, namely linear theory and two-dimensional numerical simulation, is presented. At first, the sea breeze circulation is considered within the framework of linear theory. Further, a technical description of two-dimensional models and the breeze features obtained applying these models are presented. The published works having been reviewed made it possible to consider the influence of four main factors (heat flux, atmosphere stratification, background synoptic wind and the Coriolis force) upon the breeze circulation.

Conclusions. Within the framework of linear theory, the breeze circulation represents an internal inertial-gravity wave with a diurnal period. Depending on the uniformity of vertical profile of the background synoptic wind, its influence on the linear sea breeze circulation leads to the asymmetry of circulation relative to the coast and to limitation of the breeze height. In a nonlinear regime, the important feature of breeze circulation obtained by applying numerical simulation consists in formation of a gravity current propagating over the surface. The nonlinear regime implies a fairly clear dependence of the velocity of gravity current front propagation on its height. The main manifestation of the background wind influence upon the gravity current is the change in its height that results in formation of a stationary or rapidly spreading current. Due to the Coriolis force influence, both within the framework of linear theory and in the nonlinear regime, an along-coastal velocity component is formed that leads to a decrease of the velocity component perpendicular to the coastline.

Цель. Исследована интенсивность взмучивания илистых донных осадков в заливе Восточный Сиваш (Азовское море) в период экстремального шторма и оценен вклад течений и ветрового волнения в процессы взмучивания.

Методы и результаты. Поля течений рассчитываются на основе трехмерной σ-координатной модели циркуляции вод типа POM, дополненной блоком взмучивания илистых осадков. Для расчета ветрового волнения используется спектральная модель SWAN. В обеих моделях применяется прямоугольная расчетная сетка с горизонтальным разрешением 300 м. В качестве форсинга используются данные атмосферного реанализа ERA-Interim, соответствующие экстремальной штормовой ситуации 10–13 ноября 2007 г. На основе проведенных расчетов в работе проанализирована структура полей волнения, течений, придонных сдвиговых напряжений и концентрации взвешенного вещества в Восточном Сиваше для разных фаз шторма. Предложена методика оценки чувствительности модели взмучивания к вариациям значений входных параметров.

Выводы. Используемая модель взмучивания наиболее чувствительна к вариациям значений параметров, определяющих интенсивность вертикального потока частиц ила со дна бассейна. В период максимального развития шторма на 80 % общей площади залива Восточный Сиваш создаются условия для формирования областей взмучивания. Если при моделировании не учитывается вклад волн, общая площадь взмучивания сокращается в четыре раза, что говорит об определяющем вкладе придонных волновых напряжений в формирование областей взмучивания донных осадков в заливе.

Цель. Изучение на основе теоретических представлений и данных натурных наблюдений уровня моря, полученных с сентября 2022 г. по май 2023 г., длинноволновых процессов в бухтах г. Холмска и на прилегающем шельфе, в том числе взаимодействия бухт – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Для выполнения наблюдений использованы три автономных измери-теля волнения АРВ-14 К, которые были установлены в бухтах Торгового порта и Холмск-Северный, а также на шельфе на незначительном удалении от бухт. Дискретность измерений одна секунда. На основе спектрального анализа с использованием программы Kyma исследованы временные ряды как включающие приливы, так и не учитывающие их. В диапазоне пе-риодов волн 1–30 ч обнаружены волновые процессы с периодами 1,6–6,7 ч неприливной при-роды, которые можно отнести к шельфовым сейшам, волнам Пуанкаре, а также к сейшам Татарского пролива. Спектральный анализ в диапазоне периодов 1–10 мин показал присутствие сейшевых колебаний с периодами 1,83–8,17 мин в бухте Торгового порта и 1,32–8,65 мин – в бухте Холмск-Северный.

Выводы. Установлено, что на протяжении всей серии натурных наблюдений в указанных бухтах имели место связанные колебания на периодах  8 мин, соответствующих моде Гельм-гольца бухты Холмск-Северный. Данные колебания возбуждаются в этой бухте и за счет связи передаются в бухту Торгового порта. Указанные колебания в различные моменты времени имели как синфазную, так и противофазную пространственную структуру. На периодах высоких собственных мод взаимодействие между бухтами не выявлено. Также на основе спектрального анализа рассматриваемых колебаний уровня выделены биения с периодом 4,82 ч (289,2 мин), возникающие в результате взаимодействия мод с близкими периодами, равными 8,17 и 8,65 мин. Указанные факты, а также соответствие расстояния между входами в бухты предложенному ранее критерию условия взаимодействия позволяют говорить о наличии связанных колебаний в двух смежных бухтах – Торгового порта и Холмск-Северный.

Цель. Оценена внутри- и межгодовая динамика концентрации биогенных элементов (соединений неорганического азота, фосфатов и кремнекислоты) в водах реки Черной.

Методы и результаты. Использованы данные ежеквартального мониторинга гидрохимических характеристик вод нижнего течения реки Черной и Чернореченского водохранилища, проводимого Морским гидрофизическим институтом РАН в 2015–2020 гг. С использованием полученных данных изучено распределение концентрации соединений неорганического азота, фосфатов и кремнекислоты в водах реки Черной в исследуемый период, его сезонное и межгодовое изменение. По сравнению с периодом с 2010 по 2014 г., в 2015–2020 гг. поступление аммонийного азота увеличилось в среднем в 2,7 раза. Среднемноголетний вынос неорганического азота с водами реки Черной составил 32,46 т/год в период с 2010 по 2014 г. и 27,8 т/год в 2015–2020 гг., фосфатов и кремнекислоты – 0,23 и 57,93 т/год в 2010–2014 гг., 0,18 и 62,21 т/год в 2015–2020 гг.

Выводы. Рост концентраций всех рассматриваемых биогенных элементов отмечался на станциях, расположенных вблизи сел в Байдарской долине и наиболее подверженных антропогенному воздействию, а также в районе водовыпуска агрофирмы «Севагросоюз», что может указывать на поступление минеральных удобрений в воды реки. Содержание неорганических форм биогенных элементов в водах реки Черной в современный период возросло по сравнению с периодом до 2014 г., что указывает на необходимость обсуждающегося на протяжении последнего десятилетия строительства системы канализования и очистки сточных вод предприятий и жилой застройки Байдарской долины.

Цель. Цель работы – изучить пространственно-временную изменчивость потока скрытого тепла, одной из важных составляющих теплового баланса, в северо-западной части Тихого океана и дальневосточных морях на основе данных реанализа ERA5.

Методы и результаты. Материалом для данной работы послужили данные реанализа ERA5 о потоке скрытого тепла в области, ограниченной координатами 42−60° с. ш. и 135–180° в. д., включающей дальневосточные моря и северо-западную часть Тихого океана. Массив среднемесячных значений с разрешением по пространству 1/4° проанализирован с применением стандартных статистических методов. Построены средние многолетние распределения значений потока скрытого тепла для каждого месяца, в каждой пространственной ячейке рассчитаны амплитуды и фазы годовой и полугодовой гармоник, коэффициенты линейного тренда, выполнено разложение по естественным ортогональным функциям. Размах сезонных вариаций значителен в зоне теплых течений, он резко уменьшается на севере изучаемой части Тихого океана, Охот-ского и Берингова морей. Межгодовые вариации выражены в квазициклических изменениях огибающей по максимальным значениям с периодом около 6 лет. Однонаправленные тенденции в межгодовых вариациях потока скрытого тепла выражены слабо.

Выводы. В сезонных вариациях потока скрытого тепла доминирует годовая цикличность, которая проявляется более всего на юге северо-западной части Тихого океана (область влияния теплого течения Куросио) у япономорского побережья о. Хонсю, в зоне Цусимского течения. Это обусловлено значительным возрастанием испарения в указанных районах в холодный период года, что связано с более резким температурным контрастом, а также влиянием зимнего муссона с сильными и устойчивыми ветрами северо-западного румба, несущими с континента сухой холодный воздух. В теплый период года на некоторых участках изучаемой акватории значения потока скрытого тепла положительны, что указывает на важную роль конденсации водяного пара в районах с высокой облачностью и в зонах квазистационарных апвеллингов.

Цель. Представлен сравнительный анализ потоков объема воды, тепла и соли, рассчитанных по данным инструментальных наблюдений на автономных буйковых станциях в проливе Фрама и по продуктам реанализов GLORYS2v4, ORAS5, GloSea5 и C-GLORSv7.

Методы и результаты. Данные автономных буйковых станций интерполировались в узлы ре-гулярной сетки с шагом 0,25 по долготе и 10 м по глубине с помощью ординарного кригинга. Расчет потоков выполнялся по единым алгоритмам для инструментальных данных и продуктов реанализа для временного интервала с 1997 по 2018 г. Получены временные серии тепломассопереноса в узлах регулярной сетки для разреза через пролив Фрама (8° з. д., 8° в. д.) по данным автономных буйковых станций и реанализов. Произведено сравнение и визуализация результатов.

Выводы. Показано, что ансамбль реанализов в целом на 25 % недооценивает переносы объема воды и тепла, рассчитанные по данным наблюдений. Наилучшее согласование продуктов реанализа с результатами расчетов по данным наблюдений получено для ядра Западно-Шпицбергенского течения с наиболее полным покрытием данными наблюдений. Выявлено, что ансамбль моделей наилучшим образом описывает изменчивость данных наблюдений. Уточнено, что реанализы FOAM и CGLO описывают большую часть временной изменчивости потоков, рассчитанных по данным автономных буйковых станций. Показано, что согласованность в зимний пе-риод (октябрь – март) выше, чем в летний (апрель – сентябрь). Это может быть связано как с недостатками реанализов (учет таяния льда), так и с тем, что автономные буйковые станции обычно меняются в летний период, что может приводить к дополнительным ошибкам при объединении временных серий.

Цель. Определить тенденции и региональные особенности межгодовых изменений солености и солесодержания в верхнем 1000-метровом слое внетропической зоны северо-восточной части Тихого океана и дать анализ их возможных причинно-следственных связей с крупномасштабными и региональными процессами в океане и атмосфере за два последних десятилетия современного периода глобального потепления.

Методы и результаты. Использовались данные климатических массивов NOAA, включающие систему усвоения океанографических наблюдений GODAS в узлах регулярной сетки, данные по количеству атмосферных осадков и ряды климатических индексов. Были взяты среднемесячные данные реанализа ERA5 по осадкам и испарению с подстилающей поверхности. Применялись методы кластерного, корреляционного, регрессионного анализа и аппарата эмпирических ортогональных функций. В результате исследований определены региональные пространственно-временные особенности изменений солености и солесодержания в толще вод верхних 1000 м исследуемого региона в условиях современной фазы потепления, сопровождающегося интенсификацией глобального гидрологического цикла. Дана оценка количественных характеристик отмеченных тенденций и их статистической значимости.

Выводы. Пространственное распределение трендов значений разности испарение-осадки (E-P) демонстрирует преобладающий характер испарения на большей части акватории, что отличается от глобальных тенденций гидрологического цикла в средних и высоких широтах Северного полушария, особенно за предшествующий период. В целом по региону наблюдался статистически значимый положительный тренд солесодержания в верхней 1000-метровой толще вод се-верного района, а в других районах и в среднем по акватории в этом слое наблюдались небольшие статистически не значимые отрицательные тренды. Корреляционные связи изменений среднегодовых значений солености и солесодержания с различными крупномасштабными, региональными процессами и климатическими переменными наиболее выражены через следующие параметры: климатические индексы NPGO, IPO, PDO, AD, первую моду ЭОФ колебаний значений PC1 разности испарение-осадки (E-P) и вторую моду ЭОФ аномалии геопотенциала изобарической поверхности AT500.