№ 1 (2025)
- Год: 2025
- Статей: 9
- URL: https://journals.rcsi.science/2413-5577/issue/view/19235
Статьи
Оценка применимости атмосферных форсингов SKIRON и ERA5 для реконструкции циркуляции Черного моря на основе результатов моделирования гидрофизических полей
Аннотация
Проведено моделирование циркуляции Черного моря в 2016 г. с разными наборами данных об атмосферном воздействии с целью определения оптимального атмосферного форсинга для проведения ретроспективного анализа гидрофизических полей. Для расчетов использована вихреразрешающая z-модель Морского гидрофизического института c разрешением 1.6 км. По результатам двух экспериментов выявлены различия в структуре циркуляции. Показано, что вследствие заниженного потока коротковолновой радиации и слабого ветрового воздействия по данным SKIRON, по сравнению с ERA5, циклоническая циркуляция Черного моря ослабевает, изопикнические поверхности выравниваются, а холодный промежуточный слой не определяется по изотерме 8 °C. Выполнено сопоставление модельных термохалинных характеристик, рассчитанных при использовании атмосферных форсингов ERA5 и SKIRON, с данными натурных наблюдений за температурой и соленостью, полученными буями-профилометрами ARGO и судовым оборудованием в 87, 89, 91-м рейсах НИС «Профессор Водяницкий». По результатам валидации получено, что в верхнем 300-метровом слое средние по всем станциям измерений среднеквадратические отклонения температуры и солености в эксперименте ERA5 меньше на 28 и 17 % соответственно, чем среднеквадратические отклонения, рассчитанные по данным эксперимента SKIRON.
6-25
Восстановление полей ветра в прибрежной зоне по радиолокационным данным X-диапазона при больших углах наблюдения морской поверхности
Аннотация
Цель статьи – разработать геофизическую модельную функцию, позволяющую по радиолокационному сигналу, отраженному от морской поверхности, восстанавливать модуль и направление скорости ветра. В ходе натурных экспериментов на стационарной океанографической платформе в 2022–2024 гг. была сформирована база данных, содержащая радиолокационную информацию, частотные спектры возвышений морской поверхности, скорость и направление ветра, геометрические размеры обрушений в активной фазе. В эксперименте использовалась радиолокационная станция MRS-1011 (Х-диапазон, длина электромагнитной волны 3 см), работающая в круговом обзоре на горизонтальной поляризации передачи/приема сигнала при больших углах наблюдения. Для данных условий наблюдений основным информативным параметром, определяющим эффективную площадь рассеяния, является доля морской поверхности, покрытая обрушениями. Качественным подтверждением этого является совпадение ветровой зависимости радиолокационного сигнала с зависимостью от скорости ветра доли моря, занятой обрушениями. Показано, что зависимость эффективной площади рассеяния от суммарной площади обрушений на единице поверхности является линейной с коэффициентом 1.47. Интенсивность обрушений зависит также от возраста волн, что приводит к изменению эффективной площади рассеяния в зависимости от степени развития волнения. Экспериментально установлено влияние возраста волн на уровень сигнала радиолокатора. Показано, что уровень радиолокационного сигнала в направлении «на ветер» увеличивается в пять раз при изменении возраста волн от 0.1 до 1.2. На основании натурных данных и физических представлений о формировании отраженного от морской поверхности радиолокационного сигнала предложена геофизическая модельная функция, которая позволяет определять поля скорости ветра в акваториях радиусом около километра. Ошибка восстановленных по радиолокационным данным модуля и направления скорости ветра составила соответственно 1.2 м/с и 30° по сравнению с информацией, полученной анемометром.
26-41
Расход воды реки Дуная по оптическим спутниковым данным серии Landsat
Аннотация
Цель работы – найти корреляционную связь между соотношением площадей суши и воды для фиксированного района дельты Дуная и суммарным расходом реки, используя спутниковые продукты серии Landsat и гидрологическую модель SMHI Hypeweb. Период исследования охватывал 1984–2010 гг. Всего было использовано 132 спутниковых снимка в одном спектральном канале в ближнем инфракрасном диапазоне спектра с пространственным разрешением 30 м. Выбрали два района исследования: участок дельты с руслом и сушей (44.9–45.4° с. ш., 29.55–29.60° в. д.), а также контрольный участок устьевого взморья (44.9–45.4° с. ш., 29.80–29.85° в. д.). Для каждого из них строили гистограмму, характеризующую отраженный свет в условных единицах и соответствующие им количества пикселов. Получено, что сигнал, исходящий от первого района, находится в диапазоне 7000–26 000 у. е., а от второго – 7000–8000 у. е. Данное различие позволило отделить участки дельты, занятые речной водой, от суши. Для этого вычисляли отношение между числом пикселов, соответствующих значению 7000–8000 у. е., ко всем пикселам в данном районе. Затем находили корреляцию между расходом реки по гидрологической модели SMHI Hypeweb и долей пикселов, соответствующих занятым водой участкам. Получена регрессия y = 7.78∙10–4∙x 0.09 – 5.98∙10–4. Анализ сезонной изменчивости показал, что в исследуемом участке дельты доле пикселов, соответствующих занятым водой участкам, превышающим 0.5, соответствуют месяцы с марта по май, а минимальные значения (менее 0.3) характерны для июля – сентября. Все это согласуется с периодом интенсивности выпадения осадков и таяния снегов в ареале бассейна р. Дуная. Данные этой работы могут быть полезны исследователям, оценивающим влияние стока указанной реки на гидрологические режим и состояние Черного моря.
42-50
Трансформация западной ветви Бакальской косы (Северо-Западный Крым) в результате шторма 26–27 ноября 2023 года
Аннотация
Аккумулятивные морские береговые формы Черного моря подвержены ряду природных угроз, в числе которых подъем уровня моря и усиление волнового воздействия. Мониторинг динамики аккумулятивных форм для своевременного выявления неблагоприятных тенденций их развития является необходимой составляющей для управления береговой зоной и разработки мер по защите берегов. Цель работы – определение качественных и количественных характеристик трансформации западной ветви крупнейшей аккумулятивной формы северо-западного побережья Крыма – Бакальской косы – в результате шторма 26–27 ноября 2023 г. Использованы картографические, литературные и архивные источники, данные дистанционного зондирования, материалы многолетних мониторинговых наблюдений, результаты математического моделирования. По волновым параметрам и общей мощности шторм 26–27 ноября 2023 г. является чрезвычайно сильным, но не уникальным, а по мощности и другим параметрам волнения сравним со штормом 11 ноября 2007 г. Установлено, что в ходе шторма произошло смещение аккумулятивного тела на восток. Величина смещения существенно различается на протяженности косы и превышает величину отступания коренного берега. Положение зон с разными величинами смещения берегового вала или образованием промоин не совпадает с положением таких зон в прошлые штормы. Различия в характере и масштабе трансформации аккумулятивного тела определяются локальными во времени и пространстве условиями, прежде всего рельефом подводного склона и пляжа на момент формирования шторма. Мониторинг динамики аккумулятивного тела после шторма зафиксировал процессы самовосстановления, подтверждающие, что литодинамическая система не была выведена из состояния динамического равновесия.
51-71
Испытание свайного (проницаемого) волнолома из композитных материалов для берегоукрепления. Часть 2. Оценка влияния на состояние берега
Аннотация
Проанализирована эффективность применения свайного сооружения вида волнолом «Гребенка» для целей берегозащиты. С 03.10.2020 по 30.04.2023 были проведены натурные испытания данной конструкции на границе абразионного и аккумулятивного сегментов северного побережья Калининградской области вблизи г. Зеленоградска. Четыре модуля волнолома были установлены в одну линию в бунном кармане на глубине около 2 м мористее конца бун, но не перекрывали этот карман полностью. Один прибрежный модуль был установлен в непосредственной близости от линии уреза. Эксперимент охватил несколько сезонов сильной штормовой активности, что позволило сравнить динамику береговой линии в месте установки волнолома и на соседних участках. Проводились регулярные измерения ширины пляжа, аэрофотосъемка, повторное измерение глубин в месте установки, оценка динамики подводного вала, определение толщины слоя песчаного чехла в месте установки конструкции, размещение инклинометрических датчиков скорости течения на волноломе. Выявлено, что ширина пляжа в месте установки волнолома и на смежных участках изменялась синхронно. Отсутствие очевидного аккумулятивного эффекта позади волнолома связано, во-первых, со смещением модулей и их частичным погружением в песок, а во-вторых, с недостаточной длиной линии мористых модулей по отношению к их удалению от уреза. Временный положительный эффект был достигнут только позади отдельно стоящего модуля и выражался в периодическом выдвижении пляжа к корню примыкающей к нему с востока старой буны. Результаты проведенного натурного испытания будут применены для дальнейшего совершенствования конструкции волнолома.
72-95
Интенсивность прибрежных апвеллингов Южного берега Крыма и их влияние на кислородный режим акватории
Аннотация
Проанализированы многолетние данные Банка океанологических данных МГИ за весенне-летние сезоны (май – сентябрь) 1986–2000 и 2007–2023 гг., оценены условия возникновения апвеллингов, их продолжительность, влияние на изменение температурного и кислородного режимов и содержание биогенных элементов в акватории Голубого и Ялтинского заливов. В указанные периоды обнаружено 14 апвеллингов. Объем проанализированных данных составил 3288 значений глубины, температуры, плотности, содержания кислорода и биогенных элементов. Апвеллинги, зафиксированные в первый период (1986–2000 гг.), отмечены только в акватории Ялтинского залива, для них характерны большие перепады температуры, существенные изменения плотности воды, а для майских апвеллингов – очень высокие значения содержания кислорода. Анализ современной базы данных МГИ с 2007 по 2023 г. позволил выявить апвеллинги в акватории Голубого залива, включая район расположения стационарной океанографической платформы, в июле 2007 г., мае 2010, 2012 и 2013 гг., июне и сентябре 2013 г. и июне 2021 г. В результате сравнения температуры, плотности прибрежных вод и содержания в них кислорода за май, июнь 2012, 2013 гг. и июнь 2021 г. сделан вывод о существенном снижении интенсивности апвеллингов, причины которого пока неясны и могут стать предметом дальнейших исследований. Рассматриваются различия в содержании биогенных азота и фосфора в прибрежных акваториях Южного берега Крыма в периоды прохождения апвеллингов. Эти различия проявились в увеличении содержания минеральных форм фосфора и незначительном изменении содержания минеральных комплексов азота. Анализ используемой базы данных за указанные периоды показал недостаточность целевых измерений и необходимость корректировки системы мониторинга, особенно в весенне-летний период, когда максимальна вероятность возникновения апвеллингов.
96-111
Органическое вещество в водах российского сектора Каспийского моря
Аннотация
Цель работы заключается в анализе результатов многолетних исследований содержания растворенного и взвешенного органического вещества в водах акватории Северного и Среднего Каспия в российском секторе Каспийского моря. Проанализированы основные источники поступления органического вещества, его сезонные и межгодовые изменения, особенности его пространственного распределения и причины (сток аллохтонного органического вещества, продукционно-деструкционные процессы, температура воды, изменения уровня моря и проч.), определяющие пространственную и временну́ю динамику содержания органического вещества. Работа написана порезультатам производственного экологического мониторинга, проведенного на лицензионных участках ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть» в 2017–2021 гг. Количество органического вещества оценивали по органическому углероду. Установлено, что концентрация растворенного органического углерода изменялась от 0.10 до 9.30мг/дм3 в поверхностном слое воды и от 0.10 до 9.60 мг/дм3 в придонном. Областью максимального обогащения вод органическим веществом в растворенной форме была северная часть акватории. Концентрация взвешенного органического углерода в поверхностном слое воды изменялась в интервале 0.10–23.40 мг/дм3, а в придонном – винтервале 0.05–19.40 мг/дм3. Пространственное распределение органического вещества во взвешенной форме характеризовалось сезонным смещением области максимальных концентраций к северу. Основными факторами, влияющими на содержание органического вещества в воде, является температура воды, а также концентрация взвешенного вещества в воде и водородный показатель. Уровень содержания растворенного и взвешенного органического вещества за последние 20 лет исследований не изменился. Зависимость концентрации растворенного и взвешенного органического вещества от рН среды подтверждает естественную природу органического вещества в водах исследуемой акватории.
112-123
Ассимиляционная способность донных отложений Азовского моря в отношении меди и цинка
Аннотация
Цель работы – оценить ассимиляционную способность донных отложений Азовского моря в отношении меди и цинка по уровню их элиминации в геологическое депо в результате седиментационных процессов. Анализировались концентрации металлов в воде и донных отложениях в 1991–2023 гг. В 1998–2023 гг. средние значения меди в воде моря превышали ПДК (5 мкг/л) и находились в диапазоне 5.2–12 мкг/л. Концентрация меди в донных отложениях Азовского моря в 1991–1999 гг. составляла в среднем 29.8 мкг/г, в 2000–2010 гг. – 35.5 мкг/г, в 2011–2023 гг. – 9.3 мкг/г. Поток меди из воды в донные осадки открытой части моря варьировал в пределах 14–381 т/год, в Таганрогском заливе – 16–153 т/год. Периоды седиментационного оборота меди в открытом море и в Таганрогском заливе в среднем составляли 0.5 и 1.6 лет соответственно. Ассимиляционная способность донных отложений в отношении меди составила в открытой части моря 135.6 т/год, в Таганрогском заливе – 75.7 т/год. Концентрация цинка в воде превышала ПДК (50 мкг/л) в разные годы (в Кубано-Ахтарском и Кубано-Темрюкском районах – до 79 мкг/л). В донных осадках концентрация цинка весь период наблюдений находилась в диапазоне 17.1–98 мкг/г в открытом море и 19.0–111 мкг/г в заливе. Поток седиментационного самоочищения вод от цинка в открытой части моря находился в интервале 175–902 т/год, в Таганрогском заливе – 76–407 т/год. Период оборота цинка в открытой части моря варьировал в пределах 0.7–39.8 года, в заливе – 0.1–4.8 года. Ассимиляционная способность донных отложений в отношении цинка составила 313.6 т/год в открытой части моря и 169.1 т/год в Таганрогском заливе. Определение ассимиляционной способности донных осадков позволяет нормировать плановые поступления меди и цинка в акваторию Азовского моря.
124-136
Динамика поселения моллюсков Mytilaster lineatus в черноморской акватории с различной степенью нефтяного загрязнения
Аннотация
Оценена динамика поселения митилястеров в прибрежной акватории с различной степенью нефтяного загрязнения на примере бухт Севастопольской (высокий уровень антропогенной нагрузки) и Ласпи (условно чистая акватория). Для оценки качества морской среды в местах отбора обрастаний митилястеров в бухтах Севастопольской и Ласпи проанализировали данные о содержании нефтяных углеводородов в воде (2012, 2015 и 2018 гг.). Материалом для исследования послужили пробы моллюсков Mytilaster lineatus и донных осадков, отобранные в Севастопольской бухте с 2012 по 2018 г. с глубин от 7 до 17 м в рамках трех санитарно-биологических съемок. Проанализировано обилие митилястеров на различных естественных и искусственных субстратах б. Севастопольской в 2012, 2015 и 2018 гг. в условиях хронического нефтяного загрязнения. Выявлено, что на обилие митилястеров на твердых субстратах в первую очередь влияет не загрязнение морской среды, а температура воды и прибойно-волновые явления. Значения индекса функционального обилия показывают, что в условиях хронического нефтяного загрязнения митилястеры, обитающие на искусственных субстратах б. Севастопольской, вносят более значимый вклад в преобразование вещества и энергии. При этом энергетическая значимость исследуемых моллюсков в грунтах б. Севастопольской значительно ниже, чем в условно чистой акватории (б. Ласпи). Анализ средних значений численности и биомассы моллюсков в 2012, 2015 и 2018 гг. показал, что обилие митилястеров в морских грунтах б. Севастопольской увеличилось. Установлено, что на качество жизни сообщества оказывают влияние физико-химические показатели донных осадков, которые либо ускоряют, либо замедляют процессы окисления, изменяя тем самым содержание кислорода в донных отложениях. По результатам корреляционного анализа наблюдается прямая взаимосвязь между численностью, биомассой моллюсков и концентрациями хлороформ-экстрагируемых веществ, нефтяных углеводородов, а также окислительно-восстановительным потенциалом. Выявлено, что в грунтах б. Ласпи количественные показатели митилястеров в четыре раза выше, чем в б. Севастопольской.
137-154