КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-27-00013

НазваниеФормирование плотных шельфовых вод, разномасштабная 3-D динамика и эффективность каскадинга в области шельф-склон в современной Антарктике.

Руководитель Головин Павел Николаевич, Кандидат географических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" , г Санкт-Петербург

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-501 - Физика океана

Ключевые слова Антарктика, натурные мелкомасштабные наблюдения в области шельф-склон, численное моделирование в полной негидростатической постановке, склоновый каскадинг, термохалинная и плотностная изменчивость, мелкомасштабная динамика плотностных течений, вентиляция глубинных и формирование донных вод

Код ГРНТИ39.00.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Сложная топография в области бровки шельфа затрудняет водообмен между мелководными шельфами и глубоким океаном в областях континентального склона, препятствуя проникновению на шельф крупномасштабных океанских течений. Усилению энерго- и массообмена между этими зонами с различной топографией дна и термохалинной структурой вод способствуют гидрофизические процессы меньшего масштаба, такие как апвеллинг, каскадинг, вихреобразование и др. Известно, что интенсивная генерация огромных объемов холодных и плотных вод на шельфах антарктических морей в течение холодного периода года приводит к их активному стоку по континентальнорму склону (каскадингу), что является одной из причин сезонного усиления присклоновой циркуляции вод. В некоторых областях антарктических склонов каскадинг продолжается, даже в летний период. По мере стока по склону, воды шельфового происхождения трансформируются при взаимодействии с окружающими водами, генерируя при этом систему компенсационных противотечений. Исследование разномасштабной склоновой динамики, особенно 3-D проявления плотностных потоков на шельфе и склоне, остается актуальной задачей при получении достоверных оценок влияния каскадинга на интенсивность вентиляции глубинных вод и объемов формирования антарктических донных вод. Постановка натурных экспериментов с малым пространственным разрешение измерений в области шельф-склон в полярных акваториях очень сложна. Поэтому слабоизученными остаются мелкомасштабные процессы. Исследование влияния этих процессов на циркуляцию большего масштаба (в том числе - крупномасштабную) в области склонов, так же является актуальной задачей. Исследование мелкомасштабных процессов в численных моделях так же затруднено и это связано со сложностью репрезентативной постановки численных экспериментов в рамках широко используемых гидростатических моделей в области крутого материкового склона (даже при уменьшении дискретности вычислений). Неустойчивый каскадинг на склоне часто носит негидростатический характер, и его корректное моделирование возможно только в рамках полной негидростатической постановки. Однако применение негидростатических моделей, даже в локальных областях склона, серьезно осложнена огромными вычислительными затратами. Сложным является корректное сопряжение результатов вычислений на основе мелкомасштабной негидростатической модели и гидростатической модели большего масштаба, позволяющей расчет на больших временных интервалах. Исходя из выше изложенного, представляется проект, направленный на освещение некоторых проблем полярной океанологии, связанных с исследованием водообмена, динамики и трансформации вод в области шельф-склон в современной Антарктике. Ставится задача исследовать пространственную 3-D мезомаштабную и мелкомасштабную термохалинную и плотностную изменчивость на шельфе и материковом склоне, распространение по шельфу и сток по склону плотных антарктических шельфовых вод (АШВ) на основе имеющихся уникальных данных натурных измерений (субмезомасштабный и мелкомасштабный гидрологический полигон). Следующая задача - исследовать различные сценарии и определить возможные объемы формирования плотных вод на шельфе на основе численного моделирования с использованием мелкомасштабной негидростатической модели Fluidity-ICOM, а также с использованием реального атмосферного форсинга и параметризаций процессов ледообразования в полыньях различного типа. Предполагается исследование динамики плотностных течений на шельфе и склоне с использованием реальной уточненной донной топографии в области полигонов. Ставится задача корректной верификации результатов мелкомасштабных 3-D численных экспериментов на основе данных натурных измерений, в том числе полигонных съемок. Одной из целей проекта является получение основных гидрофизических и динамических параметров каскадинга по мере его развития в различных частях склона, как для различных модельных сценариев формирования шельфовых вод, так и для конкретных выявленных в натурных наблюдениях событий каскадинга. Полученные на их основе оценки эффективности плотностных потоков на склоне, позволят корректно оценить вклад каскадинга в формирование донных вод. А исследование устойчивости склонового каскадинга позволит оценить его влияние на вентиляцию глубинных вод в области склона. На основе анализа уникальных мелкомасштабных натурных измерений и на основе результатов мелкомасштабного моделирования в полной негидростатической постановке предполагается попытка определения наиболее репрезентативных начальных и граничных условий в области шельф-склон возможных к применению для улучшения реализации гидростатических моделей в Антарктике в областях материкового склона. Предполагается сопоставление результатов моделирования склонового каскадинга в полной негидростатической и гидростатической постановке. Научная новизна проекта заключается именно в качественно новой возможности исследовать: пространственную 3-D мезомаштабную и мелкомасштабную термохалинную и плотностную изменчивость на шельфе и материковом склоне; распространение по шельфу и сток по склону плотных АШВ на основе данных уникальных натурных измерений. Сезонное усиление эффективности склонового каскадинга зависит от условий (метеорологических, ледовых, топографических) формирования плотных вод на шельфах при вскрытии прибрежных, заприпайных и прибарьерных полыней, где интенсивность образования АШВ зимой резко усиливается. Научная новизна проекта так же заключается в возможности с помощью мелкомасштабной негидростатической модели Fluidity-ICOM исследовать: различные сценарии и интенсивность сезонных процессов формирования АШВ, конвективную динамику в шельфовой области в зависимости от состояния поверхности моря (открытая вода в полынье, полынья покрытая молодым льдом) с использованием параметров фактического атмосферного форсинга, на основе которых определяются адекватные потоки плавучести в поверхностном слое моря, обусловленные различными механизмами ледообразования. Так же научная новизна проекта заключается в возможности использования мелкомасштабной негидростатической модели Fluidity-ICOM для исследования: детальной динамики и устойчивости распространения АШВ на шельфе, бровке шельфа и склоне с применением фактической уточненной топографии дна; изменчивости, пространственной термохалинной и плотностной структуры, интенсивности придонных плотностных течений на шельфе и склоне. Несомненно, новым является возможность наиболее корректной верификации модельных расчетов на основе уникальных данных полигонных гидрологических съемок. Таким образом, идея состоит в возможности получения наиболее репрезентативных модельных оценок потоков АШВ (расходов придонных плотностных течений) по мере развития процесса склонового каскадинга при различных сценариях формирования АШВ, а также при известных фактических метеорологических и ледовых условиях формирования АШВ. Сопоставление с данными натурных наблюдений. Предполагается реализация модели Fluidity-ICOM в гидростатической постановке на таких же масштабах, как и негидростатическом случае. Сопоставление результатов моделирования каскадинга в полной негидростатической и гидростатической постановке в реальных условиях антарктического шельфа и склона, так же является новым. Во многих чертах представленный проект оригинален.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---