Явления переноса, вихревые и волновые процессы, биогеохимические циклы и геофизические пограничные слои в Мировом океане: физико-математическое моделирование и экспериментальные исследования структурных и энергетических характеристик

В рамках государственного задания № FMWE-2024-0028 в 2024 г. СПбФ ИО РАН вел исследования в различных направлениях. Объектом исследований являлись динамические и волновые процессы в глубине и на поверхности океана, вихревые явления от масштабов турбулентности до мезоструктур, процессы на границе «океан – дно» (стабильность газовых гидратов), а также оптическая аппаратура для дистанционного измерения характеристик морской среды. Цель – развитие представлений о формировании пограничных слоев, волновых и вихревых 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. Разработан метод расчета энергообмена между морскими волнами и ветром на основе известной формулировки Майлза для Фурье-мод волнового поля. Выполнен первый этап изучения приливных изменений регионального климата Восточно-Сибирского моря на основе высокоразрешающего моделирования. Исследован механизм обратной связи между вихрями синоптического масштаба и верхним слоем океана с помощью редуцированной модели, основанной на уравнении эволюции завихренности и уравнении Пуассона для функции потока. Предложена постановка и численная реализация модели гидростатической и негидростатической приливной динамики вод пролива Буссоль Курильской островной гряды, позволяющие избежать высоких вычислительных затрат. Выполнено исследование влияния климатических изменений стратификации океана на характеристики прибрежного апвеллинга в регионе Канарских островов и Пиренейского полуострова. С помощью разработанной региональной модели Карского моря высокого разрешения проведены численные эксперименты для изучения динамики, термодинамики и экологии Карского моря. Разработана трехмерная эко-гидродинамическая модель Ладожского озера. Продолжена работа по восстановлению репрезентативного ряда исторических наводнений реки Невы. Полученная информация занесена в электронную базу данных наводнений XVIII в., созданную в СПбФ ИО РАН. Выполнен аналитический обзор современных океанологических исследований, реализованных с использованием радиометрических (профилирующих) лидаров. Выполнено сравнение и валидация рассчитанных на основе наблюдений и данных реанализа горизонтальных градиентов температуры в области поверхностных проявлений мезомасштабных фронтальных зон на акватории Норвежского моря. Проведен анализ горизонтальных градиентов термохалинных полей в Баренцевом море, рассчитанных по десятилетиям с 1993 г. за летние периоды по спутниковым и модельным данным. Выполнены оценка и анализ причин многолетней изменчивости характеристик малых вихревых структур в Карском море на основе радиолокационных изображений. Оценены условия стабильности гидрата метана и его самоконсервации. Результаты являются новыми. Их внедрение позволит повысить эффективность освоения океана в условиях меняющегося климата.