Рис. 1. Динамическая топография уровня Черного моря на 19 августа 2021 г. Фиолетовые области соответствуют положению циклонических вихрей.

Рис. 2. Ветровая обстановка до начала работ на 13 августа 00:00.

Рис 3. Маршрут и станции рейса в период 15-20 августа 2021 г на фоне спутниковой температуры поверхности моря по данным за 18 августа.

Рис 4. Маршрут и станции рейса 21-27 августа 2021 г. на фоне динамической топографии уровня моря на 21 августа.

С 14 июня по 28 августа 2021 года состоялся 118-й рейс флагмана российского научного флота на Черном море – судна «Профессор Водяницкий», проведенный Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) при участии Института Биологии Южных морей РАН и Морского гидрофизического института РАН. Основная цель рейса состояла в исследовании роли короткопериодных и мезомасштабных физических процессов в формировании структуры планктона и биологической продуктивности Черного моря.

В настоящее время становится очевидным, что роль этих процессов в функционировании морских экосистем существенно выше, чем полагали ранее. Основной задачей был поиск мезомасштабных гидрофизических структур и изучение их воздействия на биологические компоненты экосистемы.

Надо отметить, что 2021 г. был весьма необычным в плане мезомасштабной динамики вод и общей циркуляции Черного моря. Как правило, Основное Черноморское Течение (ОЧТ) к началу лета ослабевает, меандрирует и порождает серию антициклонических вихрей. Поэтому в августе в глубоководной части моря наблюдаются, в основном, вихревые структуры с антициклонической завихренностью. Но, в 2021 г в течение мая и почти всего июня, практически без перерыва, работали сильные ветра с циклонической завихренностью, что привело к усилению ОЧТ почти до зимне-весеннего состояния. На основании анализа данных спутниковой альтиметрии, подкрепленных данными CTD-зондирований, установлено, что в августе 2021 г. циркуляция вод в северной части Черного моря, вертикальное и горизонтальное распределение гидрологических параметров имели аномальный характер, не типичный для теплого периода года. При этом ОЧТ было интенсивным и прижатым к континентальному склону, а мезомасштабные антициклонические вихри, типичные для летнего периода года в глубоководной части моря отсутствовали. Вместо них наблюдались ярко выраженные мезомасштабные циклонические круговороты диаметром 40-60 километров. Они были хорошо видны на карте уровня моря (рис. 1). На фоне обширной циклонической зоны были видны «шапки» мезомасштабных циклонических вихрей.

Перед началом экспедиции было известно, что в северо-восточной части моря расположился атмосферный циклон ураганного типа – компактный с высокими скоростями ветра (рис. 2). Он стал знаменитым, затопив Керчь и Анапу дождевыми осадками.

На месте «глаза» он инициировал мощный мезомасштабный вихрь в море, который вызвал подъем глубинных вод и их перемешивание с поверхностными. В результате, в центре вихря температура воды на поверхности снизилась на 3-4 градуса по сравнению с фоновой (рис. 3).

Экспедиция была спланирована таким образом, что бы изучить циклонические и антициклонические зоны завихренности поля течения. По выходу, судно сделало разрез по центральной циклонической зоне завихренности. Далее судно повернуло на юг, чтобы провести исследования в холодном пятне воды, расположенном в центре интенсивного циклонического вихря. Действительно, как и ожидалось, там было зарегистрировано очень высокое положение основного пикноклина (38 м). Далее судно сделало разрез в зоне антициклонической завихренности поля течения возле Северного Кавказа, где ОЧТ характеризовалось очень высокой скоростью течения - до 50 см/с. Захват им шельфовой воды и сильная турбулизация вод способствовала высокой биологической продуктивности, выразившейся в высоких концентрациях хлорофилла «а» и высокопродуктивном слое растянутым по глубине.

Далее судно вышло на широтный разрез по центральной зоне циклонической завихренности поля течения (рис. 4), где также отмечалась повышенная биопродуктивность по сравнению с обычным летом. Маршрут судна намеренно был проложен так, чтобы еще раз исследовать интенсивный циклонический вихрь под холодным пятном. На его периферии ожидаемо возросла биопродуктивность. Далее судно направилось на запад для исследования другого вновь образовавшегося циклонического вихря (долгота 33о), где было отмечено рекордное для лета положение изопикны 16,2 сигма-т на глубине 88 м.

Всего в течение рейса было выполнено 74 зондирования CTD-зондом с кассетой батометров емкостью 10 литров, 49 зондирований LADCP-зондом. На переходах (51 галс) производили непрерывные измерения температуры, солености и концентрации кислорода. На 23 станциях были произведены послойные ловы сетью зоопланктона (126 ловов), на 16 станциях макрозооплантона (16 ловов). Из батометров зонда было отобрано более 300 проб на химические анализы, и многочисленные биологические определения.

В результате сложившейся гидродинамической обстановки первичная продуктивность бассейна оказалась необычно высокой. В верхнем слое, 0-30 м основные биогенные элементы в период проведения рейса уже были использованы фитопланктоном. Тем не менее, предварительная оценка биомассы фитопланктона, проведенная по флюоресценции хлорофилла «а», показала ее высокие значения именно в зоне ОЧТ, где вихревая динамика антициклонического знака вовлекала в поток шельфовые воды богатые биогенными элементами.

Кроме того, сильное течение (до 50 см/с) создавало повышенную турбулентность, способствовавшую вертикальному потоку глубинных питательных веществ. В остальной исследованной глубоководной части бассейна, величины хлорофилла «а» были ниже, чем в ОЧТ, но выше чем в обычный год в летнее время. В циклонических круговоротах наблюдался повышенный глубинный пик хлорофилла «а», свидетельствующий о развитии темнолюбивых водорослей. Таким образом, и антициклоническая завихренность и мезомасштабные циклонические вихри способствовали значительному увеличению биологической продуктивности. Полученные результаты однозначно свидетельствуют о важной роли мезомасштабных гидродинамических структур в функционировании черноморской экосистемы.