Дана краткая характеристика экспедиционных исследований ЮНЦ РАН и ИАЗ ЮНЦ РАН в Черном, Азовском и Каспийском морях. Приведены некоторые полученные научные результаты экспедиционных исследований. Более подробно описаны выявленные на северо-восточном шельфе Черного моря береговые захваченные волны, которые могут внести существенный вклад в вариации поверхностной температуры и солености воды, а также течений.

При исследовании и решении многих задач геофизической гидродинамики используются экспериментальные данные и данные наблюдений, получаемые с различных источников. Приведены некоторые известные методы интерполяции данных наблюдений, а также предложен метод интерполяции данных наблюдений на регулярные сетки с учетом переноса их течениями, который позволяет, путем введения "псевдо-наблюдений", повышать точность интерполируемых полей данных наблюдений. Все рассмотренные методы и алгоритмы лежат в основе обработки данных наблюдений в Информационно-вычислительных системах "ИВМ РАН - Мировой океан" и "ИВМ РАН - Черное море".

Приведена разработанная экспериментальная Информационно-вычислительная система (ИВС) вариационной ассимиляции данных наблюдений в трехмерной численной модели гидродинамики Черного моря. Исследован параллелизм модели гидродинамики Черного моря с использованием технологии OpenMP, представлены специальный интерфейс и рабочая версия ИВС "ИВМ РАН - Черное море".

Для различных данных, указывающих на наличие опасности для прохождения судна, устанавливается величина риска возникновения критической ситуации с кораблем и предложен алгоритм нахождения оптимального маршрута корабля. Метод нахождения оптимального маршрута корабля базируется на минимизации "функционала стоимости", описывающего суммарные издержки, которыми может быть отягощен выбранный маршрут между расчетными точками. Рассмотрены вариационные уравнения для минимизации функционала и исследованы вопросы, связанные с разрешимостью задачи. Задача решена численно, для приближенного решения использован итерационный метод на акватории Черного моря.

Проблема загрязнения окружающей среды - одна из актуальных проблем экологии. Предложен метод решения задачи о минимизации концентрации загрязнений от пожаров в регионе. При тестировании метода привлекались данные за лето 2010 г. в Московском регионе. Рассматриваемая задача является некорректной, поэтому в применен метод регуляризации А. Н. Тихонова. В основу решения задачи положен метод "двойственного" представления квадратичного функционала невязки. Это представление использовалось для дальнейшего исследования и построения алгоритмов решения задачи.

Описаны результаты оперативного прогноза с использованием мезомасштабных региональных моделей ММ5 и WRF 3-х природных катастрофических явлений в Черноморском регионе: катастрофического шторма на акватории Черного моря 11 ноября 2007 г. с человеческими жертвами; сильных ливневых осадков 6 - 7 июля 2012 г., приведших к наводнению в г. Крымске с человеческими жертвами; Новороссийской боры, возникающей в зимний период, проявляющейся в значительном усилении ветра и сильном похолодании. Результаты моделирования показывают для первой ситуации адекватный прогноз скорости ветра более 30 м/с. Прогноз ветровых волн с использованием модели WAM дает значительную высоту волн около 7 м в районе Керченского пролива. Для наводнения в г. Крымске прогноз дает максимальное суточное количество осадков более 200 мм. Для Новороссийской боры мезомасштабное моделирование с высоким разрешением позволяет воспроизвести и спрогнозировать это явление. Результаты моделирования всех рассмотренных явлений согласуются с наблюдениями.

Дан обзор исследований о цунами в Черном, Азовском и Каспийском морях. Описана математическая модель прогноза поверхностных длинных волн, наиболее широко применяемая для описания распространения цунами в ограниченных бассейнах переменной глубины. Дана характеристика возможностей использования модели для раннего предупреждения цунами. Приведены примеры сценариев развития цунами в морях и распределения максимальных высот волн вдоль побережья.

Предложена более полная биогеохимическая модель для глубоководной части Черного моря, основанная на модели Т. Огуза. Предложенная модель учитывает сезонную изменчивость атмосферных параметров, влияние вертикальных движений на термохалинную структуру вод. Проведено исследование химической структуры верхнего 600-метрового слоя бассейна. На основе численных расчетов показано, что для получения периодического решения в слое 0 - 600 м необходимо использовать более полную систему химических реакций, которая предложена в работе. В результате проведенных расчетов получено периодическое решение для всех компонент биогеохимической системы, в том числе для марганца, как одного из основных элементов окислительно-восстановительных процессов в Черном море.

На базе экспедиционных исследований предложен метод определения профиля растворенного сероводорода в водоемах и применение его для других диссоциирующих веществ в водоемах с недостаточно изученной по химическому составу структурой.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д221(922.8)96

Рубрики:

Океанологія

Шифр НБУВ: Ж71487 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*82 в760.82

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж71487 Пошук видання у каталогах НБУВ 

"Цветение" кокколитофорид Emiliania huxleyi регулярно повторяется в начале лета в глубоководной части Черного моря, когда солнечная инсоляция максимальна и поверхностный фитопланктон существует в самом узком верхнем перемешанном слое (ВКС) при экстремально высоком уровне облученности в течение годового цикла. Причина "цветения" E. huxleyi в это время года связана с особыми светорассеивающими свойствами кокколит, покрывающих клеточную оболочку, что приводит к уменьшению эффективности проникновения света в клетку более чем в 2 раза и защищает клетку от ингибирующей рост клеток освещенности в среде. В результате кокколитофориды имеют преимущество в скорости роста в сравнении с другими таксонами, что является причиной развития их "цветения" в начале лета. Установлено, что межгодовая вариабельность интенсивности "цветения" E. huxleyi и площади, которую оно охватывает, связана с толщиной ВКС в это время года, которая зависит от метеорологических условий предшествующей зимы.

Анализ рядов данных многолетних натурных (за период 1948 - 2001 гг.) и спутниковых (в период с 1998 по 2010 гг.) наблюдений показал, что устойчивые однонаправленные тренды изменения биомассы фитопланктона в глубоководной области Черного моря с начала 1950-х гг. и до настоящего времени отсутствуют. Долговременная динамика биомассы фитопланктона характеризуется волнообразными колебаниями с цикличностью 10 - 11 лет, связанными с изменением климатических условий. Катастрофические изменения трофической структуры планктонного сообщества конца 1980-х - начала 1990-х, которые совпали с климатической цикличностью, обусловили экстремально высокие значения биомассы фитопланктона в период 1985 - 1995 гг.

Предложен алгоритм ассимиляции спутниковых данных о спектральных характеристиках восходящего излучения морской поверхности в модели экосистемы Черного моря. В качестве данных использованы значения спектрального коэффициента яркости моря, полученные после обработки измерений цветового сканера SeaWiFS. Ассимиляция спутниковых данных с использованием предложенного алгоритма позволяет уточнить величины оптически активных компонент морской среды, получаемые в расчетах по междисциплинарной модели Черного моря, что в свою очередь позволяет повысить точность результатов численного моделирования экосистемы для глубоководной части Черного моря.

На основе расчетов по трехмерной междисциплинарной модели проанализирована эволюция экосистемы Черного моря на протяжении 9-ти лет первой декады XXI-го ст. Работа является дополнением к предыдущим исследованиям динамики экосистемы Черного моря с 1971 по 2001 годы. Первое десятилетие 2000-х гг. характеризуется общим потеплением в регионе, что проявляется в повышении среднегодовой и среднезимней температуры поверхности моря и уменьшении холодозапаса и толщины холодного промежуточного слоя. Изучен отклик нижних уровней пищевой цепи морской экосистемы на эти изменения климата.

Проанализированы данные оптических характеристик атмосферы во время переноса пылевого аэрозоля со стороны африканского континента. Проанализированы условия регистрирования и микроструктура пылевого аэрозоля. Описаны оптические свойства аэрозоля в столбе атмосферы, а также представлен анализ динамики пространственной изменчивости, распределения частиц пыли по размерам. Проведен сравнительный анализ данных станций Messina и Sevastopol во время зимнего переноса пыли пустыни Сахара. Определены характеристики пространственной изменчивости аэрозоля на разных высотах во время событий переноса пыли: определены средние и максимальные скорости переноса крупных частиц.

Проанализирована пространственно-временная изменчивость скорости приповерхностного ветра над Черным морем на внутригодовых масштабах по данным спутниковых наблюдений за 1987 - 2010 гг. Выявлены особенности изменчивости скорости и направления приповерхностного ветра для различных сезонов года. Даны количественные оценки скорости ветра.

Выполнено исследование пространственно-временной изменчивости термохалинной структуры верхнего 300-метрового слоя Черного моря с использованием метода разложения по эмпирическим ортогональным функциям (ЭОФ) по данным буев-профилемеров Argo за период 2002 - 2012 гг. Показано, что около 80 % дисперсии температуры и около 90 % солености описываются тремя первыми вертикальными модами ЭОФ. Обсуждены вопросы интерпретации отдельных мод ЭОФ и их связь с гидрологической структурой моря. Высказано предположение о горизонтальной анизотропии процессов формирования холодного промежуточного слоя в Черном море, проявляющееся в том, что изопикническое стекание холодных вод из центральной части моря к периферии происходит в виде отдельных струй.

Рассмотрена задача идентификации начального поля концентрации пассивной примеси при помощи вариационного алгоритма усвоения данных измерений.

Реализован алгоритм идентификации начального поля концентрации на основе вариационного метода фильтрации линейных систем алгебраических уравнений.