Обоснование системы климатического мониторинга дальневосточных морей и разработка методов мониторинга экстремальных погодно-климатических явлений, связанных с океаном, на основе стационарных и мобильных измерительных комплексов, а также мультисенсорного спутникового зондирования

На основе натурных данных лазерно-интерференционных приборов, входящих в состав уникального комплекса «Международный научно-образовательный геосферный полигон», создана база экспериментальных данных, в которую вошли натурные данные вариаций микродеформаций верхнего слоя земной коры, полученные с помощью лазерных деформографов; вариаций давления атмосферы и гидросферы, полученные с помощью лазерного нанобарографа и лазерного измерителя вариаций давления гидросферы. Все данные записаны в частотном диапазоне от 0 (условно) до 1 000 Гц на уровне фоновых колебаний. При обработке и анализе данных двухкоординатного лазерного деформографа, полученных во время прохождения тайфуна Хагупит по акватории Японского моря, исследуется возможность пеленгования и отслеживания перемещений тропических циклонов/тайфунов. Поставленные задачи решаются на основе отработки технологии пеленгования первичных и вторичных микросейсм, а также микросейсм «голос моря» и выяснения связи зон их образования с перемещением тропических циклонов. Определены зоны образования первичных и вторичных микросейсм, зарегистрированных двухкоординатным лазерным деформографом. Установлено, что по зарегистрированным микросейсмам можно определить основные характеристики ветрового волнения, порождаемого тайфуном, но нельзя определить место его расположения. При обработке данных двухкоординатного лазерного деформографа в диапазоне микросейсм «голос моря» установлена возможность пеленгования зон образования микросейсм «голос моря», которые связаны с зонами наибольшей энергоемкости тайфунов, что позволяет пеленговать перемещение тайфунов. Также анализируются данные лазерного деформографа, содержащие записи деформационных аномалий, которые привели к генерации цунами в районе Японских островов в период с 2014 по 2022 гг. Установлено, что связь зарегистрированных деформационных аномалий с величиной смещения дна в очаге цунами в районе Японских островов аналогична таким же связям, выявленным по другим регионам Земли (Индонезия, Латинская Америка, западное побережье Северной Америки). Этот результат позволяет утверждать, что такая связь должна быть характерна для любых районов Земли. Впервые разработан набор региональных биооптических алгоритмов для Берингова моря, которые могут быть использованы для увеличения пространственного покрытия спутниковыми данными по цвету моря, улучшения точности оценки первичной продукции и поглощения тепла водной толщей. Определен перечень мероприятий, необходимый для проведения анализа временной изменчивости биооптических характеристик на морских экспериментальных станциях ТОИ ДВО РАН. Впервые с помощью мультисенсорных спутниковых измерений и реанализов проанализированы процессы формирования и распространения полярных циклонов над тихоокеанской Арктикой в октябре 2017 г. в условиях аномально низкой ледовитости. Проводились экспериментальные исследования особенностей распространения широкополосных импульсных сигналов на тысячекилометровой трассе на севере Японского моря. Анализ результатов проводился с использованием численного моделирования и данных модели NEMO. В результате исследования впервые было осуществлено обнаружение и классификация вихревой системы с помощью метода акустической термометрии. Основные показатели: высокая точность измерения температур на протяженной трассе на оси подводных звуковых каналов. Степень внедрения – результаты являются продолжением ранее выполненных работ и будут внедрены в разработку методологии мониторинга и контроля температурных режимов морей. Эффективность методологии определяется высокой точностью и простотой внедрения в практику измерений. Разработан и реализован цифровой двойник Японского моря, который представляет собой программный комплекс, основанный на численной модели океанской циркуляции INMOM и атмосферном реанализе ERA-Interim. Цифровой двойник планируется использовать для ретроспективных расчетов, а также в реализации возможных сценариев развития циркуляции Японского моря при различных климатических условиях и преобладании различных факторов. Валидация численных расчетов показала корректное воспроизведение разработанным цифровым двойником главных особенностей крупномасштабной циркуляции Японского моря, что подтвердилось сравнением расчетных данных с данными современных океанских реанализов. В условиях ведущего фактора атмосферного воздействия реализован сценарий развития циркуляции Японского моря в период с 1994 по 2010 гг. Получены оценки теплосодержания вод Японского моря, раскрыта его пространственно-временная изменчивость. Установлено, что атмосферное воздействие, наряду с северо-западной частью Тихого океана, ответственно за формирование декадной изменчивости теплосодержания приповерхностного слоя вод Японского моря. Разработан прототип цифрового двойника циркуляции в северо-западной части Японского моря. Цифровой двойник основывается на модели INMOM вихре-допускающего/разрешающего пространственного разрешения и атмосферного воздействия базы JRA55-do. Сформирована база данных спутниковых наблюдений температуры поверхности моря на высоком пространственном разрешении и спутниковой альтиметрии. Подготовлен набор профилей гидрологических характеристик вод высокого вертикального разрешения, полученный с заякоренной станции. Получены оценки интенсивности диапикнического перемешивания на континентальном склоне в северо-западной части Японского моря. Проведены численные расчеты с помощью программного комплекса INMOM-JRA55-do. Подтверждена возможность цифрового двойника воспроизводить не только особенности мезомасштабной изменчивости, но и ее механизмов генерации. Разработан метод удаленного сканирования донных зон высокой газонасыщенности с помощью горизонтально распространяющихся низкочастотных акустических сигналов. Метод основан на измерении пропагатора акустического поля для обследуемой трассы с последующим выделением пучков, испытывающих повышенное затухание вследствие контакта с газонасыщенным дном. Численное моделирование для модели мелководного волновода длиной 10 км, включающей в себя сегмент с активным покмарком, свидетельствует о возможности определения положения покмарка по данным многочастотного сканирования.