Динамические процессы в арктическом бассейне и их влияние на вертикальный турбулентный обмен и морской лед

Настоящий проект посвящен исследованию динамических процессов верхнего слоя океана (короткопериодных внутренних волн, вихревых и фронтальных структур, филаментов, поверхностных течений) на участках открытой воды и в прикромочной ледовой зоне (ПЛЗ) и их влияния на вертикальный турбулентный обмен в арктическом бассейне на основе комплексного анализа спутниковых данных высокого пространственного разрешения, измерений беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), натурных наблюдений и результатов численного моделирования. Основной акцент в проекте будет сделан на изучение мезо- и субмезомасштабных процессов, играющих ведущую роль в переносе тепла по вертикали и горизонтали, обеспечивая его поступление к нижней или боковым границам ледяного покрова. Интенсивные потоки импульса и энергии, вызванные этими процессами, напрямую влияют на транспорт морского льда, способствуют его деформации и ускоренному таянию. В этом смысле оценка кинематических характеристик динамических процессов верхнего слоя океана, физических механизмов их генерации и влияния на вертикальный турбулентный обмен и морской лед являются приоритетными задачами современной полярной океанологии. Работа по проекту будет основана на качественно новом подходе – анализе полной трехмерной структуры изучаемых процессов по данным квазисинхронных измерений: с воздуха (БПЛА) и из космоса (спутники) будут определены их пространственная структура и горизонтальные скорости, а с помощью контактных измерений – их вертикальные размеры, термохалинная структура и турбулентные характеристики. Ключевую роль при этом будет играть авиаразведка с помощью БПЛА, позволяющая максимально точно выбирать положение районов измерений. Использование такого подхода совместно с численными моделями позволит исследовать механизмы генерации и особенности эволюции наблюдаемых процессов. Важной особенностью и отличием настоящего проекта является применение (помимо прочего оборудования) современных микроструктурных зондов, позволяющих исследовать тонкую вертикальную структуру океана и напрямую оценивать вертикальные потоки тепла и интенсивность турбулентного перемешивания под влиянием различных динамических факторов. Широко используемые параметризации скорости диссипации турбулентной энергии, полученные для низких и средних широт, требуют верификации в арктическом бассейне, где фоновые условия стратификации и общий энергетический уровень существенно отличны. На сегодняшний день современные откалиброванные микроструктурные зонды проверенных производителей есть только в МГИ РАН и ААНИИ, что позволяет решать поставленные задачи на мировом уровне. Научная новизна предлагаемого проекта состоит в объединении компетенций членов научного коллектива в области дистанционных методов, натурных измерений, численного моделирования и морской турбулентности для получения качественно новых сведений о физике образования динамических процессов в арктическом бассейне, особенностях их эволюции и влиянии на вертикальный турбулентный обмен и морской лед. Решение задач проекта неразрывно связано с возможностью улучшения и верификации современных численных моделей циркуляции океана, приливной динамики, распространения внутренних волн в арктическом бассейне, а также существующих параметризаций турбулентного перемешивания, используемых в этих моделях. Детальные сведения о динамике и процессах в ПЛЗ, полученные из наблюдений, являются критически важными для построения реалистичных моделей циркуляции океана с включением ледового блока. С другой стороны, сведения о динамике верхнего слоя океана и морского льда являются критически важными для оперативного прогноза и мониторинга гидрофизических условий, ледовой обстановки и распространения загрязнений в арктическом бассейне, включая район Северного морского пути. Одним из результатов проекта станет создание такой системы для южной части Карского моря и Обь-Енисейского устьевого региона - одного из ключевых регионов добычи и транспортировки нефтегазогидратов в Арктике.