Волновые процессы, явления переноса и биогеохимические циклы в морях и океанах: исследование формирующих механизмов на основе физико-математического моделирования и натурных экспериментальных работ

Объектом исследований являлись динамические, волновые и биогеохимические процессы в глубине и на поверхности океана, вихревые явления от масштабов турбулентности до мезоструктур, а также оптическая аппаратура для дистанционного измерения характеристик морской среды. Цель – развитие представлений о формировании пограничных слоев, волновых процессов, явлений переноса и биогеохимических циклов в морях и океанах на основе теоретических подходов, физико-математического моделирования, натурных экспериментальных работ и комплексирования разнородных данных наблюдений. Изучено влияние внутренних приливных волн на пространственные распределения климатических характеристик и интегральных по глубине составляющих бюджета бароклинной энергии в море Лаптевых. Выполнено сравнение основных подходов к прямому моделированию поверхностных волн и усовершенствование предложенной ранее приближенной схемы, основанной на двумерных уравнениях движения, для расчета характеристик этих волн с высокой точностью и минимальными вычислительными затратами. Ранее разработанная математическая двумерная модель приводного волнового пограничного слоя была использована для оценки волновых потоков импульса, тепла и влаги и разработки способов параметризации волновых эффектов в объединенных моделях «океан – атмосфера». Рассмотрены вычислительные аспекты при моделировании длинноволновой негидростатической динамики на подводном горном рельефе. Разработана трехмерная эко-гидродинамическая модель Онежского озера. В качестве подмодели биогеохимических циклов использовалась модель, разработанная и успешно применявшаяся для Балтийского моря. В качестве гидродинамической основы модели была использована модель Массачусетского технологического института MITgcm. Модель использовалась для реконструкции динамики экосистемы Онежского озера за три десятилетия (1985–2015 гг.) на сетке с горизонтальным шагом 2×2 км. С помощью ранее разработанной региональной модели Карского моря высокого разрешения (KASM) проведена серия численных экспериментов, направленных на: 1) изучение эволюции речных плюмов и динамики фронтальной зоны в Карском море и влияния речного стока на моделируемую термохалинную структуру вод, 2) изучение влияния приливной динамики на модельное решение, и 3) изучение взаимодействия физических и биогеохимических процессов в Карском море путем использования в расчетах совместной физико-биогеохимической модели. Выполнена комплексная обработка данных судовой лидарной съемки прибрежных районов Черного моря, в которых ранее с использованием контактных и спутниковых методов наблюдались короткопериодные внутренние волны. В качестве источника импульсов в лидаре использован твердотельный лазер. В ходе лидарной съемки регистрировались ко- и кросс-поляризованная компонента эхо-сигнала. Обработан большой массив данных, полученных в результате 50 ч лидарной съемки. Выявлено три шестидесятиминутных трека, содержащих квазипериодические структуры. Результаты, полученные с использованием трех методов обработки, хорошо согласуются между собой. По результатам дистанционных методов зондирования рассмотрена многолетняя изменчивость характеристик поверхностных проявлений Арктической фронтальной зоны, сезонно формирующейся в прикромочной ледовой зоне Баренцева и Карского морей. Выделены районы частой встречаемости малых (субмезомасштабных) вихревых структур в Беринговом море и в проливе Фрама, полученные на основе обработки радиолокационных изображений. Разработан метод оценки вклада различных механизмов в генерацию короткопериодных внутренних волн, отличительной чертой которого является использование разнородных спутниковых данных и глобальной приливной модели с привлечением контактных данных. На основании данного метода произведено сравнение характеристик короткопериодных внутренних волн и механизмов их генерации в приливных районах с различным типом шельфа (юго-западной части Баренцева моря и Авачинском заливе Тихого океана).