Исследования морских гидрофизических процессов методом
долговременных подспутниковых полигонов

Изучение гидрофизической системы океана во взаимодействии с атмосферой, в целом и на региональных акваториях, имеет большое фундаментальное и прикладное значение, но является сложной задачей, требующей систематического подхода. Для решения этой задачи необходимы: а) развертывание адекватной изучаемым пространственно-временным масштабам динамических процессов современной измерительной сети с использованием контактных и дистанционных зондирований; б) создание инфраструктуры для обеспечения сбора передачи, хранения данных; в) применение современных гидродинамических моделей с усвоением данных измерений для интерполяции полевых параметров на требуемую сетку по времени и по пространству.
В рамках ряда проектов по исследованию системы атмосфера-море в северо-восточной части Черного моря, на базе Южного отделения Института океанологии РАН развивается опытный морской Полигон, предназначенный для автоматизированного гидрометеорологического мониторинга. Измерительный комплекс включает в себя береговые метеостанции, датчики температуры и уровня моря на пирсе в Голубой бухте, три долговременные заякоренные станции (ADCP и термокоса на каждой), сканирующий зонд-профилограф «Аквалог», различные гидрофизические зонды. Используется спутниковая информация: температура поверхности моря (PathFinder, 1985-2014 гг.), динамические аномалии уровня моря (AVISO), ветер на поверхности моря (QuikSCAT), а также массив высот рельефа земной поверхности и дна моря “ETOPO-1”.
Гидрофизические работы выполняются различными методами, включая: 1) анализ текущей спутниковой информации; 2) судовые разрезы с регулярным выполнением СТД зондирований; 3) пространственные съемки поля течений с помощью буксируемого доплеровского профилографа ADCP; 4) измерения по времени профилей параметров на заякоренных станциях в 4 точках; 5) статистический анализ временных рядов, контактных спутниковых измерений. Важной вспомогательной задачей является интеркалибрация контактных и дистанционных измерителей.
К настоящему времени получено, что в регионе существенную роль играют разномасштабные самоподобные ветровые циклы, каждый из которых состоит из комбинации северо-восточного и юго-восточного ветров, последовательно сменяющих друг друга, что соответствует попеременному влиянию отрогов Азорского и Сибирского антициклонов. В долговременном и крупномасштабном планах десятилетние циклы поддерживают Основное черноморское течение. Ветровые циклы с временным масштабом порядка 20 суток вызывают апвеллинги с той же периодичностью. Связанная с апвеллингом перестройка структуры вод сопровождается интенсивной горизонтальной адвекцией. По энергии доминируют вдольбереговые течения, причём направление периодически меняется на обратное. При увеличении течений до пороговой величины отмечаются инерционные релаксационные колебания. Апвеллинги вызывают существенные вариации потоков импульса, явного и скрытого тепла, плавучести.
Приводятся примеры наблюдений на других гидрофизических полигонах: 1.- вихри открытого океана, интрузионная внутритермоклинная линза Средиземноморских вод, крупномасштабные внутренние волны над Срединно-Атлантическим хребтом (эксперимент “Мезополигон”); 2.- особенности структуры гидрологических полей над банкой Ампер; 3.- сезонная эволюции полей в сложной многофронтальной зоне в области Продолжения Куросио, в районе выполнения исследований по программе “Мегаполигон”; 4.- большие вариации гидрофизических параметров в Карском море на малых пространственно-временных масштабах, начиная от 10 см и 10 сек., и существенная турбулизация прибрежных (мутных) вод по сравнению с мористыми (относительно прозрачными) водами.
Следуя традициям ИО РАН в исследовании Мирового океана методом гидрофизических полигонов, происходит постепенное накопление измерительной информации дистанционными и контактными методами, а также рассматриваются архивные данные измерений в экспедициях ИО РАН с учётом современных спутниковых данных, что позволяет получить более полное и надежное представление о мезомасштабных гидрофизических процессах в океане.
Работы выполнены в рамках Соглашения № 14.604.21.0044 с Минобрнауки РФ, Программы 23 РАН "Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология", гранта РФФИ-РГО №13-05-41450, под руководством д.ф.м.н. Зацепина А.Г.