Механизмы формирования циркуляционных структур Мирового океана: ключевые процессы в пограничных слоях и их роль в динамике океана на основе экспедиционных исследований, численного и лабораторного моделирования

Объектом исследования и разработки являются малоизученные процессы изменчивости динамики и термохалинной структуры вод океана, а также влияния климатических изменений на эти процессы. При этом задачами разработки в 2019 г. являлись: взаимодействие вихрей и струй Антарктического циркумполярного течения (АЦТ); расчеты обмена массой, теплом и солью для района Полярных морей с окружающими акваториями; внутренние волны в Датском проливе; течения в канале Вима; течение Ломоносова на экваторе в Атлантике; динамика термохалинного и кислородного режима в южной Балтике после «Большого затока» 2014/2015 гг.; климатическая изменчивость температуры Балтийского моря на его поверхности и различных глубинах в последние десятилетия; изучение возможности вентиляции аэробного слоя Черного моря, связанной с опусканием кислородосодержащих вод вниз по склону дна в экмановском пограничном слое. Разработка выполнялась преимущественно методами натурного исследования с использованием методов численного и лабораторного моделирования, а также анализа, спутниковой информации, архивных данных и данных реанализа. Суть проведенных работ и полученных результатов заключается в следующем.Оценена средняя кинетическая энергия 6 струй Антарктического циркумполярного течения (АЦТ) и порождаемых ими синоптических вихрей в приповерхностном слое на основе спутниковых данных за 1993–2015 г.г. по абсолютной динамической топографии океана (http://aviso.altimetry.fr). Выявлены: 5-ти кратное превышение суммарной энергии струй над суммарной (циклоны плюс антициклоны) энергией вихрей; преобладание энергии струи Субантарктического течения над энергиями каждой из остальных струй АЦТ во всем антарктическом кольце и двукратное преобладание энергии циклонических вихрей над антициклоническими в приповерхностном слое океана.По данным обработки измерений буев ARGO за 2005-2018 гг. выполнены расчеты обмена массой, теплом и солью для района Полярных морей с окружающими акваториями. Изучено влияние орографии на расходы течений. Исследована связь характера колебаний расходов воды с изменчивостью индекса Североатлантического колебания (САК). Оценки расходов на всех пограничных разрезах хорошо совпадают с данными натурных наблюдений. Выявлен синхронный характер межгодовых и сезонных колебаний расходов с изменчивостью индекса САК. Положительный среднемноголетний тепловой бюджет район Полярных морей составил 92±56 ТВт.Рассчитан меридиональный перенос Антарктической донной воды (АДВ), c применением оригинальных методов усвоения данных наблюдений в модели Earth System Model. Оценка скорости течения АДВ, получена с усвоением данных широтных CTD-разрезов температуры и солености эксперимента WOCE. Также проведены расчеты переноса по динамическому методу. Модельные расчеты с усвоением данных качественно совпадают и количественно близки к оценкам переноса в геострофическом приближении.В апреле 2017 г. и в октябре 2018 г. выполнены измерения температуры, солёности и скорости течения на разрезе через глубоководный канал Вима по 31°12′ ю.ш. Обнаружены предельно высокие и низкие значения скорости потока и расхода АДВ за всю историю наблюдений. В 2017 г. максимальная скорость на разрезе достигала 55 см/с, а в 2018 г. она не превышала 30 см/с. В 2018 г. характерное для стрежня потока АДВ ядро повышенной скорости в придонных слоях канала отсутствовало.По данным измерений и численного моделирования, показано, что внутренние полусуточные приливные волны в Датском проливе имеют высоту около 50 м (вертикальные смещения частиц воды). Высота волн убывает до 30 м на расстоянии 100 км от седловины. В северной части пролива внутренние волны более интенсивны, потому, что волна распространяется против течения. В южной части пролива внутренние волны и течение направлены на юг, что увеличивает длину волны и уменьшает их амплитуду.Выполнено исследование динамики термохалинного и кислородного режима в южной Балтике после «Большого затока» 2014/2015 г. Работа проведена на основе данных, полученных на НИС «Оцеания» (Польша) в 2013–2018 г.г., долговременных измерений автономным зондом – профилографом Аквалог» (с 2014 г.); буев Арго (с 2018 г.). Проанализированы уникальные данные по распространению соленых/плотных вод, являющихся единственным источником кислорода для поддержания жизни во впадинах моря, получены его среднемесячные концентрации, а также их подробный годовой цикл.