Гидрофизические исследования (1997-1999 гг.)

На главную | Контакты | Карта сайта

| Система Грант-Экспресс

| Новости РФФИ
| Объявления
| Подписка на новости

| Общие сведения о РФФИ
| Кто есть кто в РФФИ
| Состав совета Фонда
| Адрес и телефон для справок

| Устав РФФИ
| Указы Президента
| Постановления и распоряжения Правительства

| Нормативные документы

| Решения совета Фонда

| Конкурсы РФФИ
| Региональные конкурсы
| Международные конкурсы
| Программы РФФИ
| Финансовое обеспечение проектов

| Вестник РФФИ
| Газета Поиск
| Публикации в СМИ
| Книги, изданные при поддержке РФФИ
| Информационный бюллетень РФФИ
| Издания РФФИ

| Использование результатов
| Контроль использования финансовых средств

| Международная деятельность
| Научные фонды
| Ведомства и академии
| Библиотеки и информационные центры
| Полезные ссылки

| Издательство Wiley
| Издательство «The American Mathematical Society»
| Издательство Elsevier
| Американское физическое общество (APS)
| Издательство IOP Publishing Limited
| Издательство The Royal Society of Chemistry
| Издательство Springer

| Введение
| 2009 год
| 2010 год
| 2011 год

| WIN-1251
| KOI8-R
| English

ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ (1997-1999 ГГ.)

Доктор физико-математических наук Е.П. Анисимова
Физический факультет МГУ )

Закончился очередной трехлетний период выполнения проектов, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований. По уже сложившейся традиции подведем некоторые итоги и рассмотрим работы по гидрофизике, выполненные за рассматриваемый период.

Значительное число проектов было посвящено исследованию динамических процессов, протекающих в различных частях Мирового океана. В ГОИНе (проект 97-05-65714, рук. А.С. Васильев) создана теория и проведен цикл численных экспериментов по детальному изучению мезомасштабной и синоптической изменчивости течений в Охотском, Балтийском, Белом, Азовском и Черном морях. Численный анализ циркуляции вод в южной части Охотского моря и Курильских проливов выявил не отмечавшиеся ранее сложные дипольные структуры циклональных и антициклональных образований, которые существенно меняют свои как пространственные, так и временные масштабы.

Математическое моделирование приливного режима и режима течений в Охотском море проводилось в СКБ САМИ ДВО РАН в рамках проекта 97-05-66037 (рук. В.Н. Храмушин). Создан единый интерактивный программный комплекс, который позволяет изучать длиннопериодные гидродинамические процессы в океане и, что особенно важно, в его прибрежной зоне, в том числе в режиме оперативного моделирования опасных морских наводнений и экстремальных течений вблизи побережья.

Несколько проектов выполнено в ИО РАН. Под руководством М.Н. Кошлякова (проект 97-05-64586) проведено серьезное исследование водных масс Антарктического циркумполярного течения (АЦТ) и Круговорота Росса в тихоокеанском секторе Южного океана. Обнаружена присущая началу 1990-х годов отрицательная аномалия теплосодержания Нижней антарктической циркумполярной глубинной воды в Тихом океане, исследована фронтально-струйная структура АЦТ к югу от Тасмании и в восточной части тихоокеанского сектора Южного океана, выявлена межгодичная изменчивость в распространении и сплоченности антарктических айсбергов в Тихом океане и показана связь этой изменчивости с явлением Эль-Ниньо. Все это существенно дополняет наши знания о малоизученной части Мирового океана.

Особенности динамики водообмена и переноса взвешенного вещества над континентальным склоном были предметом исследований, выполнявшихся в рамках проекта 97-05-65635 ( рук. Г.И. Шапиро). Выявлены физические механизмы, разработана теория и создана численная модель процесса сползания холодных соленых вод в районе внешнего шельфа и континентального склона. Созданная теория правильно объясняет особенности трехмерной структуры придонных линз плотной воды. Выявлены особенности динамических процессов в российском секторе Черного моря и Печорского моря.

Вопросы диагностики и параметризации интрузионного расслоения океанских фронтов рассматривались исполнителями проекта 97-05-65381 (рук. В.М. Журбас). Задача интрузионного расслоения на бароклинном океанском фронте решена а рамках проблемы линейной гидродинамической устойчивости. Разработанная теоретическая модель интрузионного расслоения применена для описания данных натурных наблюдений и показала хорошее согласие эмпирических зависимостей амплитуд интрузий от определяющих гидрологических факторов с результатами теории. Такое согласие дает возможность использовать теоретическую модель для диагностики интрузионного расслоения по измеренным локальным гидрологическим параметрам фронтальной зоны.

В проекте 97-05-64001 (рук. Н.Е. Вольцингер), выполненном в СПбФ ИО РАН, решена задача по моделированию трехмерной прибрежной динамики, процессов эрозии и седиментации осадочного материала при сильной нелинейности, выраженной бароклинности и резком изменении рельефа дна. Разработана и верифицирована модель придонного логарифмического пограничного слоя для описания процессов эрозии, седиментации и взаимодействия полей скорости, турбулентности и концентрации взвеси. Выполнено двумерное и трехмерное моделирование приливной динамики Баренцева моря, Ирландского моря, Восточно-Сибирского Арктического шельфа и прилегающей глубоководной зоны, Мессинского и Гибралтарского проливов.

Численный анализ долгопериодной термохалинной циркуляции Мирового океана проводился в проекте 97-05-64621 (рук. В.Б. Залесный). Модель Мирового океана воспроизводит общую структуру полей течений, температуры и солености. Термохалинная циркуляция Мирового океана содержит автоколебания в широком временном диапазоне от нескольких лет до сотен лет. Установлено существование различных термохалинных режимов при идентичном атмосферном воздействии с условиями Дирихле для температуры и солености. Показано, что причина существования различных равновесных состояний - процесс нелинейной глубокой конвекции.

Математическое моделирование аэрогидродинамических процессов в осенних экстраординарных штормах Черного моря выполнялось в ГОИНе (проект 98-05-64158, рук. И.М. Кабатченко). Исследована эволюция полей приводного ветра, параметров ветрового волнения, потоков импульса, тепла и массы за время действия таких штормов. Дано объяснение появлению в таких штормах ветрового волнения исключительной разрушительной силы и потоков импульса, тепла и массы, которые в несколько раз превышают аналогичные потоки, встречающиеся в ординарных анемобарических условиях.

В ряде проектов исследовались характеристики поверхностного волнения и внутренних волн и их взаимодействия с течениями, с рельефом дна, а также вызываемые ими акустические эффекты.

В проекте 97-05-64735 (рук. Л.А. Славутский), выполненном в ТОИ ДВО РАН, с использованием СВЧ-скаттерометра, 20 ГГц, исследовалась нелинейная динамика волнения и процессов переноса на поверхности океана. Получены новые количественные оценки неоднородности ряби и выявлены особенности нелинейной динамики мелкомасштабного волнения. Обнаружены эффекты, связанные с проявлением сильной нелинейности в дисперсионных соотношениях для коротких гравитационных волн. На подветренных склонах энергонесущих волн обнаружены квазипериодические структуры, не имеющие пока удовлетворительной интерпретации.

Сотрудниками АКИН (проект 98-05-64804, рук. А.Н. Серебряный) исследовались нелинейные внутренние волны и солитоны в шельфовой зоне Японского моря. Выявлены основные закономерности направленности распространения внутренних волн на шельфе и вблизи материкового склона.

В этом же институте проведены исследования интересного, но пока еще недостаточно изученного явления - предреверберации звука в глубоком океане (проект 98-05-64302, рук. Ю.П. Лысанов). Выявлены характеристики предреверберационных сигналов, разработаны модели объемной предреверберации в стратифицированном океане с флуктуациями показателя преломления, рассчитаны времена и углы прихода поверхностной предреверберации в зависимости от скорости ветра, частоты звука и дистанции.

Проект 98-05-65096 (рук. В.И. Воловов) посвящен совершенствованию методов картографирования дна океана акустическими методами. Исследовано влияние различных гидрологических факторов на пространственную структуру акустического поля и показано, что последняя является достаточно устойчивой.

Влиянием мелкомасштабной турбулентной неоднородности, а также тонкоструктурной неоднородности можно пренебречь, а наличие линз и долгопериодной сезонной изменчивости генерального профиля скорости звука может быть существенным и требует оценок в каждом конкретном случае.

Исследование взаимодействия волн и течений с рельефом дна океана выполнено в ИО РАН в рамках проекта 97-05-65070 (рук. В.И. Шрира). Показано, что нелинейные резонансные взаимодействия короткопериодных волн завихренности в прибрежной зоне могут иметь взрывной характер, когда амплитуды всех взаимодействующих волн синхронно растут. Результатом взрывной неустойчивости будет интенсивное вихреобразование. Исследованы взаимодействие длинных внутренних волн с приповерхностным сдвиговым течением и их трансформация в береговой зоне в условиях резонанса при совпадении фазовой скорости волны со скоростью поверхностного течения. При описании динамики системы волна-поток доминирующим эффектом является взаимодействие, а не собственная нелинейность волны. Исследован механизм ламинарно-турбулентного перехода в приповерхностном пограничном слое, индуцированном ветром. Показано, что причиной перехода к турбулентности может быть лишь специфическая нелинейная неустойчивость взрывного типа. Построена модель нелинейной динамики приповерхностного сдвигового течения при наличии поверхностных волн, которая описывает связанную эволюцию поля ветровых волн и потока, а также генерацию циркуляций Ленгмюра.

В Воронежском ГУ (проект 97-05-64878, рук. Б.Г. Кацнельсон) исследовались акустические эффекты, связанные с внутренними волнами на шельфе. На основе экспериментальных данных о внутренних волнах построена модель случайно-неоднородного поля скорости звука в мелком море для внутренних волн трех типов и развиты методы расчета обусловленных этими волнами акустических эффектов. Проведен расчет горизонтальной рефракции при распространении звука в присутствии пакетов солитонов. Показана возможность образования волноводов в горизонтальной плоскости. Практические расчеты выполнены для залива Петра Великого.

Исполнителями проекта 97-05-64086 (рук. В.А. Акуличев, ТОИ ДВО РАН) проведены комплексные экспериментальные исследования на шельфе Японского моря, с целью выявления взаимосвязи между динамическими явлениями в водной среде, такими как внутренние волны, крупномасштабные вихри, турбулентность, апвеллинг, и их проявлениями, которые могут быть измерены современными методами дистанционного акустического зондирования. Применялись как обычные контактные методы измерения температуры, солености, условной плотности, скорости течения, гидрохимических параметров воды, так и дистанционные акустические методы исследования.

Продолжались исследования пограничных слоев, реализующихся на геофизических объектах. В проекте, выполнявшемся на физическом факультете МГУ под руководством А.А. Сперанской (проект 97-05-65528) основное внимание было сосредоточено на изучении процессов самоорганизации пограничных слоев. Как модель для изучения зарождения, развития и взаимодействия каскада гидродинамических неустойчивостей рассматривалось свободно-конвективное движение в пограничном слое вода-воздух. Исследовано конкурирующее влияние молекулярных и турбулентных сил, управляющих процессом самоорганизации пограничного слоя вода-воздух при свободной конвекции. Показано, что процесс формирования свободно-конвективного движения в воде, охлаждающейся со свободной поверхности в результате теплообмена с воздухом и испарения, проходит несколько стадий. В тонком поверхностном слое воды в первые секунды с момента включения механизмов охлаждения возникает ячеистое движение миллиметрового масштаба. В дальнейшем на его фоне формируются более крупные температурные неоднородности. Показано, что первичную ячеистую структуру следует приписать механизму термокапиллярной конвекции Марангони, а последующее более крупномасштабное движение - термогравитационной конвекции Рэлея. Конвекция Марангони подготавливает и ускоряет появление конвекции Рэлея, характерной для слоя с двумя свободными границами. Позднее развивается термогравитационная конвекция большего масштаба со значением числа Рэлея, свойственным слою жидкости с одной свободной и одной жесткой границами.

На Физическом факультете МГУ создана уникальная лазерная установка для флуориметрии насыщения, которая позволяет получить новую информацию о механизмах формирования флуоресценции и фотофизических процессах в сложных органических комплексах (проект 97-05-65610, рук. В.В. Чубаров). Выполнены измерения флуоресцентного параметра большого количества проб морской воды из различных акваторий, а также проведены исследования уникальных кернов арктического льда. Подготовлен массив спектров, полученных на лазерном спектрометре для проб воды из разных районов Мирового океана. Исследованы закономерности пространственно-временных распределений флуоресценции в Мировом океане.

Интересное исследование термической структуры тонкого поверхностного слоя океана выполнено в ИКИ РАН (проект 97-05-65602, рук. Ю.Г. Трохимовский). С помощью микроволновых радиометров и ИК-тепловизора исследовалась зависимость разницы температуры скин-слоя поверхности и перемешанного слоя воды от величины потока тепла через поверхность. Показано, что влияние конвекции, как свободной, так и вынужденной, отсутствует. Полученные данные надежно подтверждают возможность восстановления потоков тепла по измерениям скин-температуры воды и температуры в перемешанном слое под поверхностью или по разнице двух скин-температур в ИК и СВЧ-диапазонах.

В ИПФ РАН выполнена работа, направленная на улучшение радиолокационных дистанционных методов измерения параметров, которые характеризуют состояние океанской поверхности (проект 97-05-64030, рук. В.Ю. Караев). Разработан двухпараметрический алгоритм восстановления скорости приповерхностного ветра по данным радиоальтиметра ТОПЭКС/ПОСЕЙДОН, который позволяет уменьшить среднеквадратическую ошибку восстановления скорости ветра до 1,47 м/с (до настоящего времени она составляла 1,7 м/с). Разработан трехпараметрический алгоритм, который впервые учитывает температуру воды при выборе режима обработки данных. Для решения задач, связанных с радиолокационным зондированием океана, предложена более совершенная модель частотно-углового спектра волнения.

В ИПФ РАН также выполнено исследование физических процессов, протекающих при взаимодействии акустических волн с микроструктурой морской среды, представляющей собой пузырьковые облака, водонасыщенные пески, известняки (проект 97-05-64711, рук. И.А. Соустова). Предлагается высокочувствительный метод измерения функции распределения пузырьков по размерам. Впервые рассмотрен механизм упругой нелинейности микронеоднородной среды, которая содержит дефекты в виде трещин с влажными контактами, и получено уравнение состояния такой среды.

В ААНИИ авторами проекта 97-05-65933 (рук. Г.В. Алексеев) выполнены оценки аномалий сезонных и межгодовых колебаний содержания пресной воды и ее стока из Арктического бассейна. Оценивается влияние аномалий летнего притока пресной воды на характеристики верхнего слоя океана и льда в Арктическом бассейне и на вынос льда через пролив Фрама. Выявлены изменения в структуре вод Арктического бассейна за вековой период наблюдений от Нансена до наших дней.

В ИВМ РАН продолжалось изучение и моделирование климатической изменчивости Северной Атлантики (проект 97-05-64184, рук. С.Н. Мошонкин). Показано количественное влияние на климат океана горизонтального перемешивания, рельефа дна, сжимаемости морской воды, изопикничности обменов свойствами в промежуточных слоях и обменов теплом и солью Атлантики со Средиземным морем. Получены достоверные статистические оценки изменчивости океанских характеристик в диапазоне периодов до одного века. Выявлено три типа интердекадной изменчивости вследствие: а) вариаций интенсивности глубоководной конвекции у берегов Гренландии и Антарктиды, б) модуляции сигнала Эль-Ниньо, в) модуляции долгопериодных аномалий температуры поверхности и ветрового напряжения, которые являются следствием взаимодействия атмосферы и океана. Показано соотношение интенсивности этих трех типов изменчивости.

Подводя итог краткому обзору отчетов по проектам, выполнявшимся в период 1997-1999 гг., можно сказать следующее. Уровень научных работ достаточно высок. Положительным моментом является повышение интереса ученых к исследованию особенностей физических процессов, протекающих в морях, омывающих берега России. В первую очередь это относится к северным морям. Отрадным фактом следует считать также возросшее количество работ по изучению шельфовых районов морей и океанов - областей, где существенными являются трение о дно и нелинейные эффекты. Необходимо также отметить некоторое оживление экспедиционных работ, целый ряд проектов выполнен на базе вновь полученных экспедиционных материалов. Все отмеченные моменты вселяют некоторый оптимизм и надежду на лучшие времена.

Copyright © 1997-2007 РФФИ | Дизайн и программирование: Intra-Center