Том 59, № 5 (2023)

Более 90% океанического тепла поступает в Северный Ледовитый океан с Норвежским течением. В данной статье исследуются причины изменчивости океанического потока тепла с Норвежским течением (через разрез Свиной в южной части Норвежского моря) за 1993–2019 гг. Для анализа используются данные океанического реанализа GLORYS с пространственной дискретностью 1/12°. Было показано, что межгодовые колебания океанического потока тепла определяются изменчивостью расхода, который, в свою очередь, связан с изменениями градиента уровня моря через Норвежское течение. Показано, что увеличение расхода Норвежского течения происходит при понижении атмосферного давления над центральной частью Норвежского моря, что усиливает юго-западные ветра вдоль Скандинавского полуострова. Формируемые градиенты уровня моря через Норвежское течение связаны как с экмановским нагоном, так и с ротором поля ветра. Они оказывают существенное влияние на изменчивость расхода Норвежского течения в исследуемой области. Дополнительным фактором является изменчивость стерического градиента уровня моря, который влияет на изменчивость расхода только в период быстрого роста температуры воды Норвежского течения (1995–2005 гг.).

В рамках двухуровенной квазигеострофической модели исследована устойчивость течения с постоянным вертикальным сдвигом. Получены аналитические выражения для инкремента нарастания возмущений в линейной теории устойчивости. Для описания нелинейной динамики возмущений использован метод Галеркина с тремя базисными фурье гармониками. Для амплитуд фурье гармоник сформулирована нелинейная система мм обыкновенных дифференциальных уравнений. Показано, что в отсутствие придонного трения все решения системы описывают периодический режим нелинейных колебаний или васцилляций. Ситуация принципиально меняется в модели с придонным трением. В этом случае для широкой области значений параметров решения системы демонстрируют сложное хаотическое поведение. Таким образом, возникает хаос или турбулентность для крупномасштабных движений.

Представлен анализ вариаций интегрального по высоте содержания стратосферного озона в слоях 13–18, 18–23 и 23–30 км по данным лидарных и спутниковых измерений в 2014–2022 гг. над г. Обнинск (55.1° с.ш., 36.6° в.д.). Проведено моделирование межгодовых вариаций озона для отдельных кварталов года методом множественной линейной регрессии. В качестве факторов влияния рассматривались квазидвухлетние колебания экваториального ветра (КДК), Арктическая осцилляция (АО), Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНЮК), солнечная активность (СА), вулканический аэрозоль (ВА) и полярные стратосферные облака (ПСО). Наблюдалось увеличение содержания озона в восточной фазе КДК в интервале высот 18–30 км (I–II кв.) и в западной фазе КДК в интервале 13–23 км (IV кв.). В отдельных слоях обнаружены значимые влияния АО (II–III кв.), СА (I–II кв.) и ВА (III–IV кв.). Влияние ПСО в течение года проявляется сначала во II квартале в слое 13–18 км, а затем в IV квартале в слое 13–23 км. Рассмотрены возможные физические механизмы, лежащие в основе наблюдаемых корреляционных связей.

В работе приводятся данные натурных экспериментов о динамике окисления SO₂ в облачных каплях. Наблюдаемое в экспериментах быстрое окисление SO₂ молекулярным кислородом отнесено в данной работе к каталитическому действию пары ионов марганца и железа в каплях. При этом неоднородное по спектру капель их действие, приписанное в экспериментах лишь выщелачиванию ионов этих металлов из крупных частиц грубодисперсного минерального аэрозоля, обусловлено также переходом реакции окисления в разветвленный режим. Полученные результаты указывают, что выявленный в облачных каплях разветвленный режим каталитического окисления SO₂ следует рассматривать в качестве нового и значимого источника сульфатов в атмосфере. С этим процессом необходимо считаться при рассмотрении как бюджета сульфатов в глобальной атмосфере, так и их влияния на климат.

В работе проведен анализ динамических и энергетических характеристик циркуляции вод в северной части Черного моря на основе усвоения в численной модели данных трех гидрологических съемок 2016 г., выполненных в экспедициях 87, 89 и 91 рейсов НИС “Профессор Водяницкий” (летний, осенний и осенне-зимний сезоны). В расчетах использовалось высокое пространственное разрешение (~1.6 км по горизонтали и 27 горизонтов по вертикали) и атмосферное воздействие, близкое к реальному. Процедура ассимиляции данных наблюдений основана на фильтре Калмана с учетом неоднородности и неизотропности ошибок оценок полей температуры и солености. Оценены интегральные энергетические слагаемые в уравнениях бюджета кинетической и потенциальной энергии для трех сезонов. В летний сезон наблюдалось некоторое ослабление ОЧТ и основным механизмом формирования антициклонических вихрей вблизи г. Севастополь и у юго-восточных берегов Крыма являлась бароклинная неустойчивость течения (о чем свидетельствовали увеличения наклона изопикнических поверхностей и отрицательные значения работы силы плавучести). Антициклонический вихрь вблизи г. Ялта с радиусом около 25 км генерировался вследствие развития сдвиговой неустойчивости течения. В осенний сезон струя ОЧТ была прижата к берегу и отмечалось снижение количества вихрей по сравнению с летним сезоном. Образование антициклонических вихрей с радиусами около 35–40 км в западной части области было обусловлено баротропной неустойчивостью течения, формирование вихрей вдоль Крымского побережья – бароклинной неустойчивостью. В осенне-зимний сезон ОЧТ имело ярко выраженный струйный характер и при ослаблении ветрового воздействия наблюдалось усиление процессов бароклинной неустойчивости с генерацией вихрей разных масштабов между берегом и ОЧТ, а также в области, расположенной между 31.5 и 33° в.д. В течение всех сезонов вдоль западного и восточного побережья Крыма при действии слабых ветров могли генерироваться антициклонические и циклонические вихри малых масштабов в верхнем слое при обтекании береговой линии и неоднородностей рельефа дна.

Процессы зарождения ветровых волн, несмотря на многочисленные исследования, остаются плохо изученными. Одна из основных причин, по мнению авторов, состоит в упрощенном теоретическом анализе, не учитывающем слабую пленку естественных примесей. В работе проведено экспериментальное исследование и сравнение генерации волн в двух ветровых каналах в этаноле, воде и воде с добавлением растворимого поверхностно-активного вещества – додецилсульфата натрия (SDS) в разных концентрациях. Используемые в работе концентрации очень слабо меняют коэффициент поверхностного натяжения, но существенно меняют структуру приповерхностных течений. В этаноле холодная пленка не образуется, и он может рассматриваться как базовый пример. В воде и воде с добавлением ПАВ пленка рвется при определенной критической скорости обдува (увеличивающейся при увеличении концентрации ПАВ) и происходит очистка поверхности. Но, для того, чтобы поверхность оставалась чистой, адсорбция примесей на поверхность должна компенсироваться их удалением сдвиговыми напряжениями. В работе используются три экспериментальные методики для исследования влияния холодной пленки на образование ветровых волн. Для определения рельефа поверхности в работе использовался модифицированный цветной шлирен-метод, для определения поля скорости в жидкости – метод цифровой трассерной визуализации (PIV). Поля температуры поверхности, которые позволяют идентифицировать области разрыва холодной пленки, измерялись с помощью инфракрасной термографии поверхности. Также с помощью термографии исследовалось поле скорости на поверхности (ИК PIV). Показано, что пленка оказывает существенное влияние как на амплитуду волн, так и на структуру приповерхностного течения.