Работы Лаборатории гидрологических процессов

Лаборатория гидрологических процессов

004 1
Лаборатория сотрудничает с ведущими зарубежными институтами: GEOMAR (Германия), IFREMER (Франция), NIOZ (Нидерланды), AWI (Германия), WHOI (США), UNIS (Норвегия), а также с университетами в Мадриде, Осло, Гетеборге, Буэнос Айресе, Кейптауне, Монтевидео.
На карте указаны города, где сотрудники Лаборатории делали доклады на конференциях.
  1. Грант РНФ 14-11-00434 Моделирование с применением высокопроизводительных ЭВМ динамики морских течений в Арктике и их воздействий на объекты морской нефтегазовой инфраструктуры (исп. К.П. Беляев).
  2. Грант РНФ 14-17-00697 (2014-2016) Баланс тепла и массы Мирового океана за последние пять десятилетий: проблемы замыкания и климатическая изменчивость (К.П. Беляев исп.)
  3. Грант РНФ 16-17-10149 "Структура и распространение антарктических вод в Мировом океане" 2016-2018 (Исп. Е.Г. Морозов, Д.И. Фрей).
  4. Грант РНФ 14-50-00095 Мировой океан в 21 веке: климат, экосистемы, ресурсы, катастрофы; Климат Мирового океана, его изменения и роль океана в климатической изменчивости Земли (Исп. Е.Г. Морозов, Т.А. Демидова, Д.И. Фрей, М.Н. Писарева).
  5. Федеральная целевая программа Мировой Океан (2011-2012).
  6. Программа 17, 23 Президиума РАН 2011-2014 (рук проекта Е.Г. Морозов).
  7. Программа I 3 П Президиума РАН (рук проекта Е.Г. Морозов).
  8. Грант РФФИ 14-08-00107 «Потоки в абиссальных каналах и фиордах.» (рук. Е.Г. Морозов).
  9. Грант РФФИ 14-05-00363 «Региональные и глобальные особенности оперативного и долгосрочного анализа и прогноза состояния Мирового океана на основе модели гидродинамической циркуляции совместно с ассимиляцией натурных данных» (рук. К.П. Беляев).
  10. Грант Норвежского Исследовательского Фонда 196138/S30 для исследований на Шпицбергене (исп. Е.Г. Морозов).
  11. Грант РФФИ 15-05-03782-а «Конвекция в субарктической Атлантике: сравнительный анализ мощности верхнего перемешанного слоя в море Лабрадор и море Ирмингера по данным буев Argo» (2015-2017 гг.) (рук. А.С. Фалина).
  12. Грант РФФИ 11-05-00403-а «Химия анаэробных условий в воде и донных осадках морских бассейнов и океана» (2011-2013 гг.) (исп. А.С. Фалина).
  13. Грант РФФИ 15-05-02250-а «Циркуляция и перенос вод на 59,5°с.ш. в Северной Атлантике по данным прямых измерений течений» (2015-2017 гг.) (исп. А.С. Фалина).
  14. Грант РФФИ (13-08-00538-а) Взаимодействие подводных трубопроводов с морской средой (исп. Н.Н. Корчагин, И.Ю. Владимиров).
  15. Грант РФФИ 11-08-00076 «Потоки в абиссальных каналах и фиордах.» (рук. Е.Г. Морозов).
  16. Грант РФФИ 12-05-91056-НЦНИ_а «Крупномасштабная циркуляция вод на севере Атлантического океана: среднее состояние и изменчивость» (2012-2014 гг.) (исп. А.А. Сарафанов, А.С. Фалина).
  17. Грант РФФИ 11-05-00555-а «Межширотная циркуляция вод в субарктической Атлантике: интенсивность, изменчивость и механизмы формирования» (2011-2013 гг.) (исп. А.С. Фалина, А.А. Сарафанов).
  18. Грант Президента РФ МК-394.2010.5 "Современные и долговременные изменения крупномасштабной циркуляции и термохалинных характеристик вод субарктической Атлантики по данным мониторинга на трансатлантических разрезах и спутниковых наблюдений" (2010-2011 гг.) (рук. А.А. Сарафанов).
  19. Грант Президента РФ МК-5357.2012.5 "Крупномасштабная циркуляция вод на севере Атлантического океана: количественная оценка среднего многолетнего состояния и долговременных изменений по данным наблюдений" - (2012-2013 гг.) (рук. А.А. Сарафанов)
  20. Грант Президента РФ МК-1636.2011.5 "Механизмы формирования глубинного звена межширотной циркуляции вод Атлантики: каскадинг шельфовых вод в море Ирмингера" (2011-2012 гг.) (рук. А.А. Сарафанов, исп. А.С. Фалина)
    Российско-французский проект «Крупномасштабная циркуляции вод на севере Атлантического океана: среднее состояние и изменчивость» («Mean State and Variability of the Large-Scale Oceanic Circulation in the Northern North Atlantic») (исп. А.С. Фалина и А.А. Сарафанов) (2011).
  21. Грант РФФИ 2014-2016 14-05-00890 Потоки энергии и массы океан-атмосфера и климатическая изменчивость океана на различных временных масштабах. (исп. К.П. Беляев ).
  22. Грант РФФИ 2014-2016 14-07-00037 Вычислительные аспекты и реализация оперативного и долгосрочного модельного прогноза состояния Мирового океана с помощью усвоения данных измерений и численных экспериментов. (исп. К.П. Беляев).
  23. Грант РФФИ 17-08-00085  Процессы в глубоководных каналах, соединяющих котловины восточной и западной Атлантики
005 1
Стрелки на рисунке показывают генеральное направление распространения ААДВ
005 2
В 2010 г. издательство Springer опубликовало нашу книгу

Антарктическая донная вода (ААДВ) формируется около Антарктики за счет охлаждения и ледеобразования на поверхности. Она опускается на дно и распространяется во всех океанах. Стрелки на рисунках показывают генеральное направление ее распространения.

Из моря Уэдделла ААДВ распространяется в море Скотия. Часть ААДВ циркулирует вокруг Антарктики. Из моря Скотия ААДВ перетекает в Аргентинскую котловину. Из Аргентинской котловины ААДВ перетекает в Бразильскую котловину через каналы Вима и Хантер и над плато Сантос. В северной части Бразильской котловины поток делится на две части.

Одна часть переносится на восток через разлому Романш и Чейн на экваторе. Другая течет на северо-запад через Экваториальный канал. Далее этот поток делится еще на две части. Через разлом Вима донная вода течет на восток в котловину Зеленого мыса, а другой поток следует на север в Североамериканскую котловину.

Глубоководный канал Вима

Канал Вима - наиболее глубоководный из существующих путей проникновения Антарктической донной воды на север в районе возвышенности Риу Гранди, и поэтому через этот канал текут наиболее холодные донные воды. Глубины канала Вима превышают 4600м на фоне глубин возвышенности около 4200м.

Батиметрическая карта канала Вима
Разрез температуры и плотности по широте 31°12'S через канал

Длина канала превышает 800 км. Его минимальная ширина около 15 км.

Средний поток донной воды через канал Вима оценен как 3.5Св (1Св = миллион кубометров в секунду.

Средние скорости потока 30см/с, а максимальные 60см/с.

Стандартный разрез через канал Вима по широте 31°12' S выполнялся 23 раза. Ученые ИО РАН работали на этом разрезе 7 раз, начиная с 2002 г. Обычно струя донной воды хорошо перемешана по вертикали в придонном слое 100-150м. За счет экмановских сил трения самое холодное ядро потока обычно прижато к восточной, т.е. правой стенке канала по ходу потока.

Разлом Романш в Срединно-Атлантическом хребте

Батиметрическая карта разломов Романш и Чейн

Экваториальные разломы Романш и Чейн обеспечивают приток холодных донных вод из западной Атлантики в восточные бассейны экваториальной зоны. Затем, эта вода распространяется на юг в Ангольскую котловину. Вода, прошедшая через разломы Романш и Чейн распространяется также на север через проход Кейн.

Разлом Романш - это глубокий проход в Срединно-Атлантическом хребте, глубина которого составляет 4500-5000 м. Длина разлома около 800 км, а его ширина меняется от 10 до 40 км.  Самое глубокое место разлома - впадина Вима глубиной 7850 м.

Разлом Чейн расположен южнее экватора в 200-300 км к югу от разлома Романш. Поток донной воды в каэдом из разломов оценен как 0.5 Св. Средние скорости течения находятся в пределах 10-20 см/с.

При вытекании донной воды из разломов в котловину Сьерра-Леоне образуется водопад с заглублением воды на 400-500 м. При втекании донной воды в разлом Романш также образуется водопад. Российские исследования потока донных вод в экваториальных разломах проводятся с 2005 г.

Поток донной воды в проходе Кейн

Проход Кейн расположен вблизи Африки. Он соединяет котловины Сьерра-Леоне и Зеленого мыса. Глубина седловины 4500 м. Перенос донной воды в обоих направлениях оценен как 0.16 Св, а средний перенос за год нулевой. Буй в проходе работал с октября 2010 по октябрь 2011 г.

Топография дна в проходе
Изменчивость потока

Генерация инерционных колебаний тайфунами и распространение колебаний вглубь океана

Траектории тайфунов Дина, Келли, Фрида и Ян в районе Мегаполигона. Точки показывают положение буев
Вертикальная скорость распространения инерционных колебаний вглубь океана

Инерционные колебания генерируются как отклик океана на прохождение тайфуна. Сильные ветры возбуждают возмущения на поверхности и внутренние волны с периодами, близкими к инерционному, медленно распространяются вглубь океана до дна. Их вертикальная скорость оценивается как 2-30 м/час. Инерционные колебания, возбужденные тайфуном, продолжаются 12-20 дней.

На основании многолетних измерений на буях в экспедициях ИОРАН и модельных расчетов показано, что основным источником генерации внутренних приливных волн является взаимодействие баротропного прилива с подводными хребтами, в отличие от ранее существовавшего мнения, что основная генерация происходит на континентальных склонах. Впервые построена карта амплитуд приливных внутренних волн в океане.

Замкнут балланс энергии баротропного прилива. Показано, что баротропный прилив теряет около четверти энергии при генерации прилдивных внутренних волн на подводных хребтах. Ранее считалось, что баротропный прилив, в основном, диссипирует на мелководье.

Обнаружены районы, в которых потери энергии баротропного прилива максимальны, и соответственно, генерируются большие приливные внутренние волны. Такими районами являются Маскаренский хребет, Срединный хребет в Южной Атлантике, хребет Кюсю-Палау, Гибралтарский пролив.

Статья:
Е.Г. Морозова Semidiurnal internal wave global field, опубликованная в журнале Deep-Sea Research, vol. 42, № 1, 1995, 135-148, цитировалась более 100 раз, в том числе такими всемирно известными океанологами как W. Munk, С. Wunsch, D. Cartwright.

Моделирование внутренних волн в проливе (вверху) и измерения буксируемым зондом (внизу)

Радарное изображение поверхности моря. Стрелки показывают полосы проявлений внутренних волн длиной около 900 м, распространяющихся на юго-запад.
Численное моделирование возмущений скорости, вызванных внутренними вонами. Максимальные возмущения сосредоточены вдоль наклонных характеристических линий.

Спутниковая фотография поверхностного проявления внутренних волн на шельфе около Нью Йорка

Наблюдения внутренних волн в проливе Карские ворота, судовые наблюдения, радарные наблюдения и моделирование

CTD-зонд буксировался через пролив Карские ворота в режиме сканирования (периодический подъем и опускание прибора во время движения судна в проливе). Зарегистрирован внутренний прилив с амплитудой до 20 м, распространяющийся в сторону Баренцева моря из пролива. Хорошо выражен внутренний бор и пакет короткопериодных волн, который следует за бором. Внутренние волны усиливаются за счет встречного течения из Баренцева в Карское море. На северо-восточной стороне пролива обнаружен гидравлический скачок с резким заглублением изотерм и изопикн на 70 м.

Проявление внутренних волн на поверхности и моделирование

Внутренние волны проявляются на поверхности как полосы бликов темного и светлого оттенков. Возмущения поля скорости распространяются от подводных склонов вглубь океана и к поверхности вдоль характеристических кривых траекторий, соответствующих результатам моделирования.

Циркуляция вод в Северной Атлантике

Впервые получены оценки расходов течений во всей толще вод в открытом океане от восточного побережья Гренландии до берегов Северной Европы. Главный механизм преобразования теплых поверхностных вод Северо-Атлантического течения в холодные плотные субарктические воды - постепенное охлаждение вод по мере их распространения на север в Северо-Восточной Атлантике. Ранее считалось, что главную роль в формировании нижнего звена циркуляции вод в Северной Атлантике играет зимняя конвекция в море Лабрадор. Наши данные наблюдений последних лет на разрезе по широте 59°30' N, а также в Датском и Фареро-Шетландском проливах привели к пересмотру этого положения.

Современные изменения в концепции трехмерной циркуляции субарктической Атлантики, основанные на наших результатах.  Сплошные линии - пути распространения плотных вод арктического происхождения; штриховые линии -пути распространения плотных вод, формирующихся в море Лабрадор. Цилиндры со стрелками показывают очаги глубокой конвекции. Цифрами показаны механизмы, вклад которых в формирование нижнего звена циркуляции до недавнего времени не учитывался: (1) трансформация приповерхностных вод в Северо-Восточной Атлантике (конвекция до глубин —500 м), (2) каскадинг шельфовых вод в северной части моря Ирмингера и (3) глубокая конвекция в море Ирмингера (до глубин более 1000 м).

В 2003 г. сотрудники Лаборатории начали исследования Антарктического циркумполярного течения в проливе Дрейка. Разрез из гидрологических станций с зондированиями прибором CTD и LADCP (профилографы температуры, солености и течений) показал   наличие нескольких струй течения. Впоследствии измерения в проливе Дрейка стали проводиться в ИОРАН ежегодно

Разрез геострофических скоростей (вверху) и скоростей по данным LADCP (внизу) в см/с через пролив Дрейка

Сотрудники Лаборатории проводят исследования в Арктике с различных судов (включая ледоколы и суда ИОРАН), а также с дрейфующих ледовых баз и автоматических станций и с научных баз Университета UNIS на Шпицбергене.

Исследовано содержание пресной воды в Арктическом бассейне (определяемое как интеграл по глубине разницы между соленостью на конкретном горизонте и 35 единиц в слое от поверхности до изохалины 34 единицы). С 1992-1999 по 2006-2008 гг. в Арктическом бассейне содержание пресной воды увеличилось на 8400 км3, что равно годовому экспорту пресной воды (в жидком виде и в виде льда) из бассейна.

Результаты измерений и моделирования показывают, что в одних районах бассейна изменения произошли за счет заглубления холодного халоклина (изохалина 34) в результате усиления Экмановской накачки, а в других, из-за уменьшения солености выше халоклина за счет таянья льда и большего поступления вод сибирских рек в центральную Арктику. В целом, по Арктическому бассейну общее опреснение в слое выше халоклина является доминирующим фактором.

Содержание пресной воды в верхнем слое Арктического бассейна в метрах для периодов:
(а) 1990-1999 гг., (Ь) 2006-2008 гг., (с) разница между вторым и первым периодами.

Зарегистрирована волна цунами высотой 30 см и длиной волны 1800 м, генерированная подвижкой ледника. Это аналог оползневого цунами. Период волны 93 с. Волна зарегистрирована датчиком давления на дне на фоне двухметрового прилива 17.02.2011 г.

В зимнее время обнаружена переохлажденная вода около ледника. Талая пресная вода вытекает из ледника в море при температуре около нуля. Эта пресная вода попадает в окружающую среду с температурой -1.9°С, и поднимаясь вверх, охлаждается до температуры замерзания и ниже за счет контакта с окружающей морской водой. Эта температура близка к точке замерзания морской воды при солености около 33 и заведомо ниже температуры замерзания пресной воды.

Экологический мониторинг около нефтяной платформы Д6. Разведка по трассе будущего Северо-западного газопровода. Работы в Слупском желобе с парусного судна "Крузенштерн".

 

TPL_A4JOOMLA-WINTERLAKE-FREE_FOOTER_LINK_TEXT