Том 39, № 6 (2023)

Цель. Целью работы является обобщение основных результатов выполненных в последние годы экспериментальных и теоретических исследований вертикального турбулентного обмена в верхнем квазиоднородном и стратифицированных слоях Черного моря.

Методы и результаты. На основании большого объема экспериментальных данных о турбулентной структуре, полученных на научно-исследовательских судах и стационарной океанографической платформе с применением современной быстродействующей аппаратуры в сочетании с традиционными измерениями основных гидрофизических характеристик предложены уравнения полуэмпирических зависимостей интенсивности турбулентности от определяющих параметров. Экспериментальные данные использовались для верификации теоретических моделей и уточнения эмпирических коэффициентов в предложенных уравнениях. Многомасштабная модель применялась в дополнение к модели Крауса – Тернера для достоверного прогноза заглубления верхнего квазиоднородного слоя после прохождения шторма. Скорость диссипации турбулентной энергии и коэффициент турбулентной диффузии в стратифицированных слоях определялись по данным о микроструктуре гидрофизических полей. Зависимости коэффициента от частоты плавучести в разных слоях выражаются степенной функцией с отличающимися показателями.

Выводы. Детальное рассмотрение условий стратификации и большой массив данных зондирований позволили выделить в толще моря пять различных слоев с отличающимися градиентами плотности и различными доминирующими механизмами генерации турбулентности. Такая дифференциация уточняет выражения, описывающие интенсивность турбулентной диффузии в зависимости от глубины слоя и физико-географических условий, влияющих на вертикальный обмен. Полученные степенные зависимости в целом хорошо согласуются с 1,5D-моделью вертикального обмена для Черного моря, разработанной ранее. Предложенный учет влияния механизмов генерации турбулентности в верхнем квазиоднородном слое улучшает соответствие модельных расчетов и экспериментальных данных. Модель Крауса – Тернера, дополненная многомасштабной моделью турбулентности, позволяет прогнозировать заглубление перемешанного слоя, вызванное штормовыми условиями.

Цель. При обсуждении осолонения Азовского моря как в 1970-е гг., так и в современный период в качестве основной его причины указывается сокращение речного стока, прежде всего реки Дон, и, как следствие, усиление адвекции черноморских вод. Однако одного этого фактора оказывается недостаточно для объяснения снижения солености в последней четверти XX в. и ее стремительного роста в 2007–2020 гг. Цель настоящей работы – оценка вклада в изменение солености Азовского моря составляющих водного баланса за более чем 50 лет (1966–2020 гг.).

Методы и результаты. Для расчета среднегодовой солености Азовского моря используется математическая модель водно-солевого баланса. Рассмотрена изменчивость всех компонентов водного баланса и источники ее неопределенности. Показано, что используемая модель устойчива к вариации входных данных. На основе проведенного корреляционного анализа установлено, что в период осолонения наряду с речным стоком важную роль играет испарение. При этом в 1970-е гг. определяющее воздействие на величину испарения оказывала скорость ветра, а в начале XXI в. – температурно-влажностный режим.

Выводы. Причиной стремительного роста солености воды Азовского моря в начале XXI в. стало длительное маловодье, совпавшее с периодом роста температуры воды и воздуха и, как следствие, с повышением испарения с акватории. При этом для значительного снижения солености вод в условиях изменения атмосферных процессов в регионе только перехода от маловодного периода речного стока к многоводному в бассейне Азовского моря может быть недостаточно. Это следует учитывать при подготовке планов адаптации хозяйственной деятельности к климатическим изменениям.

Цель. Систематизация региональных особенностей прибрежного апвеллинга в Юго-Восточной Балтике (ЮВБ) за летние сезоны 2000–2019 гг. в условиях меняющегося климата – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Представлены результаты идентификации событий апвеллинга в юго-восточной части Балтийского моря как отрицательной аномалии температуры поверхности моря у берега относительно выбранного района открытого моря. Получены оценки влияния локальных и глобальных атмосферных процессов (по данным о характеристиках ветра и индексах SCAND и NAO) на характеристики (повторяемость, продолжительность, площадь) апвеллингов. В среднем на акватории наблюдалось 4 апвеллинга суммарной продолжительностью > 20 дней при средней площади зоны апвеллинга ~ 620 км². Наибольшая повторяемость апвеллингов в районе исследования отмечается вдоль северной части Куршской косы и западного побережья Калининградского п-ова. Зарегистрировано уменьшение продолжительности апвеллингов примерно на 8 дней в летние сезоны 2010–2019 гг. по сравнению с 2000–2009 гг. при уменьшении повторяемости благоприятных для их развития ветров на 4–5%. Установлена связь между количеством дней с апвеллингом в Юго-Восточной Балтике и индексом SCAND (коэффициент корреляции составил 0,65), что позволяет в дальнейшем вести работу по получению долгосрочных прогнозов вероятности развития прибрежных апвеллингов в ЮВБ.

Выводы. Показано, что устойчивое уменьшение частоты апвеллингов в ЮВБ в последние десятилетия связано с сокращением благоприятных для их развития ветровых условий, в значительной степени определяемых развитием антициклогенеза над Скандинавским п-овом.

Цель. Обобщить сведения об особенностях пространственной изменчивости полей концентрации ²²⁶Ra и ²²⁸Ra и факторах, определяющих эти особенности в поверхностном слое вод Черного моря, – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Используются данные о концентрации ²²⁸Ra и ²²⁶Ra в поверхностном (0,3–3,0 м) слое вод Черного моря, полученные в ходе четырех экспедиций. Извлечение изотопов ²²⁸Ra и ²²⁶Ra из проб морской воды проводили с использованием волокна на основе MnO₂. Измерения их активности были выполнены на альфа-бета-радиометре УМФ-2000. Данные о содержании основных элементов главного биогенного цикла были получены фотометрически.

Выводы. Концентрации ²²⁸Ra и ²²⁶Ra изменялись по пространству в интервалах 17,2–172,2 и 38,0–270,1 dpm/м³ соответственно. Показано, что влияние субмаринных источников и, предположительно, канализационных стоков носит локальный характер и проявляется в росте концентрации этих радионуклидов или одного из них в 1,5–2,3 раза. Сделано предположение, что мезомасштабные вихри, наблюдаемые в районе Южного берега Крыма, могут оказывать влияние на пространственную изменчивость полей концентрации изотопов радия, приводя к локальному уменьшению или росту их концентрации в 2,3–2,8 раза. Показано, что распространение азовоморских вод в акватории Черного моря проявляется в полях концентрации ²²⁸Ra и ²²⁶Ra: в этих районах наблюдается повышенное в 2,3–2,6 раза содержание данных изотопов. Установлено, что в районах, подверженных влиянию речного стока, наблюдается рост концентрации долгоживущих изотопов радия при отдалении от берега. Следует ожидать, что пространственные масштабы, на которых проявляется влияние того или иного источника, пропорциональны его мощности (расходу и концентрации радионуклидов): чем мощность выше, тем на большее расстояние отслеживается влияние источника.

Цель. Целью настоящей работы является анализ особенностей пространственно-временного и вертикального распределения кислорода, сероводорода и элементов главного биогенного цикла (фосфаты, нитраты, аммонийный азот и кремнекислота), а также характеристик карбонатной системы в Черном море в современный период.

Методы и результаты. Использованы данные экспедиционных исследований Морского гидрофизического института в Черном море в пределах экономической зоны России за 2013–2021 гг. В экспедициях выполнены более 200 глубоководных станций, на которых с помощью кассеты из 12 батометров прибора Sea-Bird 911 plus CTD Seabird-Electronics INC проводили отбор проб на определенных изопикнических поверхностях. На прибрежных мелководных станциях отбор проводили с поверхностного и придонного горизонтов. Отбор проб атмосферных осадков осуществлялся с помощью автоматических осадкосборников на метеостанции, расположенной на Павловском мысу в г. Севастополь, и на Черноморском гидрофизическом подспутниковом полигоне (Южный берег Крыма).

Выводы. Положение верхней границы субкислородной зоны за исследуемый период изменялось в диапазоне 15,7–15,9 кг/м³, что в шкале глубин соответствует интервалу ~ 40 м. Вертикальное распределение сероводорода характеризуется в большей степени изопикническим характером, граница появления сероводорода располагается в интервале условной плотности 16,10–16,15 кг/м³. Максимум концентрации нитратов не превышает 4 мкМ и располагается в диапазоне 15,2–15,5 кг/м³. Показано, что содержание окисленных форм азота в водной толще практически вернулось к доэвтрофикационному уровню. Содержание ионов аммония в аэробной и субкислородной зонах преимущественно не превышает 0,5 мкМ, увеличение концентрации начинается с глубины изопикнической поверхности появления сероводорода s_t = 16,10–16,15 кг/м³. Максимальные концентрации ионов аммония отмечены на глубинах 1800 м и ниже со значениями 96 ± 5 мкМ, что соответствует ранее полученным данным. Для вертикального распределения фосфатов характерны минимум (˂ 0,5 мкМ) содержания при σ_t = 15,8 кг/м³ и максимум (не > 8 мкМ) на изопикне σ_t =16,2 кг/м³. Содержание сероводорода на глубинах > 1750 м в Черном море в настоящий момент составляет 383 ± 2 мкМ. Значение рН поверхностного слоя вод составляло 8,29–8,38, ниже глубины ~ 50 м оно снижалось до 7,67. Общая щелочность менялась в пределах 3268–3335 мкМ, глубже условной плотности 16,0 кг/м³ резко увеличивалась, достигая максимального значения ~ 4360 мкМ в придонном слое вод. Полученные результаты подтверждают устойчивость положения выявленных ранее особенностей вертикального распределения гидрохимических компонентов и диапазонов изменения их концентрации.

В пространственном распределении биогенных элементов прослеживается снижение концентраций по направлению от прибрежных к глубоководным районам. Одним из внешних источников поступления биогенных элементов в Черное море являются атмосферные осадки. На синоптических пространственно-временных масштабах они могут вносить максимальный вклад в поступление неорганического азота, фосфатов и кремнекислоты в поверхностный слой вод моря.

Цель. Проанализированы физические механизмы формирования структуры циркуляции в Черном и Мраморном морях на основе численных экспериментов с использованием климатических краевых условий.

Методы и результаты. Для исследования причин формирования особенностей циркуляции использовался энергетический подход, который позволил рассчитать работу сил, действующих на морскую среду. Расположение в одном географическом регионе обусловливает сходство атмосферных условий для Черного и Мраморного морей, а четко выраженная двухслойная стратификация вод в обоих бассейнах связана со значительным перепадом солености между черноморскими и средиземноморскими водами. Для анализа механизмов изменчивости циркуляции рассмотрены средние и вихревые поля, сформированные под воздействием климатического атмосферного форсинга и рассчитанные по численной модели динамики моря. Количественные оценки влияния ветра, термохалинных потоков на поверхности морей, работы силы плавучести, трения, диффузии выполнены на основе расчета компонентов энергетического цикла Лоренца. Обнаружены общие черты в механизмах мезомасштабной изменчивости и различия в механизмах изменчивости крупномасштабной циркуляции.

Выводы. Основным источником энергии средней циркуляции Черного моря является работа силы ветра, для Мраморного моря доминирующий фактор – работа силы плавучести. Изменчивость вихревой кинетической энергии, характеризующей мезомасштабную динамику, для обоих бассейнов определяется бароклинной неустойчивостью. При этом в Черном море около четверти доступной потенциальной энергии трансформируется в вихревую кинетическую энергию, а в Мраморном – примерно половина.