Гидрофизические процессы на шельфе и континентальном склоне морей российской Арктики

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 23-17-00087

НазваниеГидрофизические процессы на шельфе и континентальном склоне морей российской Арктики

Руководитель Осадчиев Александр Александрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

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

Ключевые слова Арктика, морские течения, термохалинная структура, колебания уровня моря, ветровое волнение, внутренние волны, субмезомасштабные процессы, стратификация, теплообмен, шельфовая циркуляция, опресненные поверхностные воды, атлантические воды, тихоокеанские воды, континентальный шельф, континентальный склон

Код ГРНТИ37.25.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен исследованию крупномасштабных и синоптических гидрофизических процессов на шельфе и континентальном склоне морей российской Арктики. В рамках исследования крупномасштабных процессов в проекте будут рассматриваться три ключевые водные массы Северного Ледовитого океана: опресненные поверхностные воды, формируемые материковым стоком на шельфе морей российской Арктики; атлантические воды, поступающие через пролив Фрама и Баренцево море и распространяющиеся далее вдоль континентального склона; тихоокеанские воды, поступающие через Берингов пролив. Общие задачи проекта заключаются в изучении структуры и динамических характеристик этих водных масс, их теплообмена и перемешивания, их изменчивости в зависимости от внешних условий на различных временных масштабах, их взаимосвязи с ледяным покровом. В рамках исследования синоптических процессов в проекте будут изучаться региональные гидрофизические процессы, такие как формирование и распространение вихрей и внутренних волн; сезонные и кратковременные колебания уровня моря; циркуляция, перемешивание и водообмен в узких проливах и в приустьевых зонах; ветровое волнение и вызванное им перемешивание в ключевых акваториях российской Арктики. Актуальность проекта определяется ключевой ролью рассматриваемых гидрофизических процессов в формировании физических, биологических и геохимических условий на континентальном шельфе и склоне морей российской Арктики. Исследование этих гидрофизических процессов принципиально важно для обеспечения хозяйственной деятельности в российской Арктике, в том числе для прогноза и оценки последствий глобальных климатических изменений, происходящих в арктической зоне Российской Федерации под влиянием естественных и антропогенных факторов. Заявленная программа исследований продолжает многолетнюю и плодотворную научную работу по изучению Арктики членами коллектива исполнителей проекта, который включает в себя 1 доктора наук, 4 кандидатов наук, 2 аспирантов и 3 студентов. Все члены коллектива исполнителей проекта – молодые ученые до 39 лет. Важной положительной чертой коллектива исполнителей является разносторонняя квалификация его членов и их значительный научно-методологический задел в каждой конкретной научной задаче проекта. В методическом отношении предусмотренные проектом исследования будут опираться в первую очередь на натурные измерения в арктических морях России. Кроме использования имеющихся обширных архивных данных в рамках данного проекта планируется проводить ежегодные целевые экспедиционные измерения и постановки долговременных заякоренных станций на шельфе и континентальном склоне Баренцева, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского морей. Кроме того, в рамках проекта будет применяться численное моделирование океанической циркуляции и ветрового турбулентного перемешивания, будут использоваться данные спутникового зондирования поверхности моря и морского льда, данные измерений уровня моря и речных расходов на водомерных и гидрологических постах, данные атмосферных реанализов. Комплексный подход к исследованию гидрофизических процессов в Арктике, высокая квалификация и значительный научный задел коллектива исполнителей проекта в этой области, доступ к большому количеству натурных данных, собранных в предыдущие годы в десятках экспедиций в рассматриваемых акваториях, организационные и логистические возможности проведения новых ежегодных экспедиций – все эти факторы позволят успешно осуществить исследования, заявленные в рамках данного проекта, и получить результаты мирового уровня.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Осадчиев А., Алфименков И., Рогожин В. Influence of the Coriolis force on spreading of river plumes Remote Sensing, Vol. 15. 3397. (год публикации - 2023)
10.3390/rs15133397

2. Осадчиев А., Адамовская П., Мысленков С., Дударев О., Семилетов И. Satellite-based evaluation of submarine permafrost erosion at shallow offshore areas in the Laptev Sea Remote Sensing, Vol. 15. 5065. (год публикации - 2023)
10.3390/rs15205065

3. Буханов Б., Чувилин Е., Жмаев М., Шахова Н., Спивак Э., Давлетшина Д., Дударев О., Осадчиев А., Спасенных М., Семилетов И. In situ bottom sediment temperatures in the Siberian Arctic seas: Current state of subsea permafrost in the Kara Sea vs Laptev and East Siberian seas Marine and Petroleum Geology, Vol. 157. 106467. (год публикации - 2023)
10.1016/j.marpetgeo.2023.106467

4. Коник А.А., Зимин А.В., Атаджанова О.А., Осадчиев А.А. Точность спутниковой солености NASA SMAP в районе внешней границы плюма Оби-Енисея (стоковая фронтальная зона) в Карском море Современные проблемы дистанционнрого зондирования Земли из космоса, Т. 20. № 4. С. 9-19. (год публикации - 2023)
10.21046/2070-7401-2023-20-4-9-19

5. Шабанов П., Осадчиев А., Шабанова Н., Огородов С. Decline in Ice Coverage and Ice-Free Period Extension in the Kara and Laptev Seas during 1979–2022 Remote Sensing, Vol. 16, 1875 (год публикации - 2024)
10.3390/rs16111875

6. Савин А., Криницкий М., Осадчиев А. SMAP Sea Surface Salinity Improvement in the Arctic Region Using Machine Learning Approaches Moscow University Physics Bulletin, Vol. 78, Suppl. 1, p. S210–S216 (год публикации - 2023)
10.3103/S0027134923070299

7. Осадчиев А., Кускова Е., Иванов В. The roles of river discharge and sea ice melting in formation of freshened surface layers in the Kara, Laptev, and East Siberian seas Frontiers in Marine Science, Vol. 11, 1348450 (год публикации - 2024)
10.3389/fmars.2024.1348450

8. Савин А., Криницкий М., Осадчиев А. Improved sea surface salinity data for the Arctic Ocean derived from SMAP satellite data using machine learning approaches Frontiers in Marine Science, Vol. 11, 1358882 (год публикации - 2024)
10.3389/fmars.2024.1358882

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В отчетном году в рамках проекта проведены экспедиционные исследования водных масс на шельфе и континентальном склоне Карского моря и моря Лаптевых. В рамках экспедиции были проведены измерения на 230 комплексных гидрологических станциях на восьми полигонах в Карском море и море Лаптевых: в проливе Карские Ворота, в Новоземельском желобе, в южной части желоба Святой Анны, в желобе Воронина, в проливе Вилькицкого, на континентальном склоне моря Лаптевых, на шельфе моря Лаптевых, в проливе Дмитрия Лаптева. В рамках экспедиции был исследован водообмен между глубоководными желобами в Карском море, формирующий связь региональных экосистем. Изучена термохалинная структура атлантических вод на континентальном склоне в море Лаптевых. Исследован процесс формирования опресненного поверхностного слоя в Карском море и море Лаптевых в результате таяния морского льда. Создана эмпирическая модель приливных колебаний уровня в Обской губе, с помощью эмпирической которой можно как предвычислить временные серии приливных колебаний уровня для отдельных точек, так и рассчитать двумерные поля приливных колебаний уровня моря для акватории Обской губы. Также с помощью численной модели можно оцунить характер (тип) прилива, а также как максимальную величину сизигийного прилива, так и максимальную теоретическую высоту уровня моря на длительный срок. На основе натурных и спутниковых данных установлено, что в юго-западной части Карского моря регулярно формируется как циклоническая, так и антициклоническая циркуляция вод. Циклоническое/антициклоническое направление циркуляции моря определяется соответствующей завихренностью региональной атмосферной циркуляции, а перестройка системы течений между циклоническим и антициклоническим круговоротом происходит на синоптическом временном масштабе. На основе многолетних натурных данных (28 экспедиций в 1991-2023 годах) описана межгодовая изменчивость баренцевоморской атлантической водной массы в Баренцевом море и северной части Карского моря в теплый период года. Установлено, что в последние 20 лет средняя температура баренцевоморской атлантической водной массы значительно повысилась, кроме того увеличился разброс ее возможных значений. Это связано, во-первых, с увеличением температуры атлантических вод, попадающих в Баренцево море с запада. Увеличивающийся приток тепла, который приносят атлантические вод, больше не может эффективно поглощаться атмосферой Кроме того, эффективность охлаждения поверхности Баренцева моря дополнительно снижается в отдельные годы в результате сильных юго-западных ветров, приносящих с собой теплый воздух, которые наблюдаются в последнее время. Эти изменения могут сильно повлиять на циркуляцию в арктическом бассейне. На основе натурных данных (9 экспедиций в 2007-2024 годах) изучен водообмен между желобом Святой Анны и Новоземельским желобом, формирующего донные воды в Новоземельском желобе. Установлено, что ключевой фактор формирования затока атлантических вод из желоба Святой Анны в Новоземельский желоб – мощность (толщина) теплого поверхностного течения в районе северной оконечности Новой Земли, которое в большинстве рассмотренных случаев препятствовало образованию затока и блокировало водообмен между желобами. По-видимому, периодичность затока атлантических вод определяет сильную межгодовую изменчивость температуры придонного слоя в Новоземельском желобе. По данным натурных измерений в 2021 и 2023 годах были изучены основные механизмы перемешивания водных масс в желобе Святой Анны. Установлено, что на нижней границе фрамовской ветви атлантических вод развивается турбулентное перемешивание, вызванное сдвиговой неустойчивостью. Оно наиболее интенсивно на границе фрамовской и баренцевоморской ветвей атлантических вод, что говорит об их активном перемешивании. На верхней границе фрамовской ветви атлантических вод основным механизмом перемешивания является двойная диффузия. Из-за ускорения потока фрамовской ветви атлантических вод после разворота увеличивается восходящий поток тепла над восточным склоном желоба Святой Анны, поскольку турбулентное перемешивание, вызванное сдвиговой неустойчивостью, усиливает механизм дифференциально диффузионной конвекции. Проведен анализ спутниковых данных солености поверхностного слоя моря и данных термохалинных измерений, проведенных в летне-осенний период в морях российской Арктики. Показано, что в условиях современного сокращения площади ледяного покрова плюмы Оби-Енисея и Лены могут распространяться существенно дальше на восток и на север и иметь существенно большую площадь, чем это было описано ранее. Это происходит при благоприятных ледовых и ветровых условиях, а именно: раннее таяние ледяного покрова, открывающее поверхность моря для ветрового воздействия, единовременное поступление значительных объемов талых вод в плюмы в результате интенсивного ледотаяния уже после их первичного формирования и распространения, воздействие интенсивных ветров стабильных румбов. Так в сентябре 2015 года плюм Оби-Енисея распространялся аномально далеко на север и достигал желоба Св. Анны (до 80º с.ш.) на севере, а в сентябре 2021 года – аномально далеко на восток и достигал западной части моря Лаптевых (до 115º в.д.). Аномально далекое распространение плюма Лены на восток (до 180° в.д.) и на север (до 78° с.ш.) и аномально большая площадь (800 000 - 850 000 км3) были зафиксированы в августе-сентябре 2019 года.

Публикации