Определены пять важнейших результатов исследований ТОИ ДВО РАН за 2020 год

27.11.2020

 

1. Авторы: Пранц С.В., Лобанов В.Б., Будянский М.В., Сергеев А.Ф., Улейский М.Ю.

Расчет и анализ ежесуточных лагранжевых карт в альтиметрическом поле скорости за последние 25 лет позволили обнаружить вблизи южной оконечности Камчатки район, где мезомасштабные антициклонические вихри, движущиеся с севера, могут стационировать над Курило-Камчатским желобом в течение многих месяцев. С помощью таких карт идентифицировано и изучено 24 стационировавших вихря в 1993-2019 гг. Показано, что они «генетически» связаны с вихрями, генерируемыми за мысами в заливах и затем мигрирующими на юг вместе с течением. При этом стационирующий вихрь является аккумулятором вливающихся в него вихрей. Типичный вихрь стационировал над желобом в течение 8 месяцев и был исследован в рейсе НИС «Академик Опарин» в сентябре 2017 г. CTД-съемка показала типичную вертикальную структуру с теплым поверхностным слоем, холодным и распресненным подповерхностным слоем и теплым промежуточным слоем вод, захваченных в ядре вихря. С помощью лагранжевых карт различных индикаторов был проанализирован жизненный цикл этого вихря от рождения до распада и обнаружено, что этот антициклон был экранирован циклонами меньшего масштаба по своей периферии. Такая конфигурация поддерживала его устойчивость и стагнацию над желобом в течение длительного времени. Проведен анализ различных факторов и механизмов, поддерживающих стагнацию Камчатских вихрей над желобом и их последующий распад.

Рис.1. Квазистационарный Камчатский вихрь 2017 г. над желобом (слева) в поле температуры поверхности моря и (справа) в поле рассчитанного показателя Ляпунова. Показаны CTД разрезы со станцией в центре вихря № 88, совпадающей с расчетной эллиптической точкой центра вихря с точностью нескольких км.

 

Prants S.V., Budyansky M.V., Lobanov V.B., Sergeev A.F. and Uleysky M.Yu. Observation and Lagrangian analysis of quasi-stationary Kamchatka trench eddies // Journal of Geophysical Research (Oceans). 2020. V. 125, № 6. e2020JC016187 https://doi.org/10.1029/2020JC016187 WOSQ1

 

2. Авторы: Астахов А.С., Цой И.Б., Колесник А.Н., Обрезкова М.С., Алаторцев А.В., Плотников В.В.

Разработан метод количественной палеореконструкции ледовых условий на основе трансферных функций, вычисляемых при синхронизации геохимических временных рядов в донных осадках шельфа с данными метеонаблюдений. Применение метода в сочетании с анализом диатомовых комплексов позволило реконструировать изменения продолжительности безледного периода (IFP) в южной части Чукотского моря за последние 4,7 тыс. лет и обосновать их причины (рис.2). Максимальные значения IFP выявлены в 21 веке и 4-5 тыс. лет назад, что совпадает с периодами повышенного поступления тихоокеанских вод (BSW) через Берингов пролив. Реконструкция водных масс на основе диатомовых комплексов выявила значительное влияние прибрежного Аляскинского течения (ASW) на продолжительность IFP в последние 3 тыс. лет. Отклонение его вод на запад 2,7-2,5, 1,4-0,8, 0,3-0 тыс. лет назад приводило к увеличению продолжительности IFP в центральной части моря на 10-15 дней. Это определило несинхронность изменений климата (температуры воздуха) и ледовых условий в регионе, что особенно проявилось в Малый ледниковый период (Б).

Рис. 2. Продолжительность безледного периода (Ice-free period, декады) за последние 4,7 тыс, лет (А) с детализацией для последних 400 лет (Б) по результатам реконструкции на станции LV77-3 и станциях из северной части моря (местоположение на врезке B). На врезке А показаны количественное содержание диатомей Parliasulcata, являющегося индикатором вод Аляскинского прибрежного течения (ASW), и периоды (кластеры) с доминированием этого вида в диатомовых комплексах (голубые линии).

 

Astakhov A.S.,Xuefa Shi, Darin A.V., Kalugin I.A., Hu Limin, Tsoy I.B., Kolesnik A.N., Obrezkova M.S., Alatortsev A.V., Babich V.V., Plotnikov V.V. Reconstructing ice conditions in the southern Chukchi Sea during the last millenniums based on chemical composition of sediments and diatom assemblages // Marine Geology.2020. V. 427. 106220. DOI: 10.1016/j.margeo.2020.106220 WOSQ2 Q1

 

3. Авторы: Горбаренко С.А., Пшенева О.Ю., Босин А.А., Артемова А.В., Янченко Е.А., Василенко Ю.П.

Изменения в глобальной глубоководной циркуляции вод в прошлом, связанные с апвеллингом Циркумполярных Глубинных Вод (ЦГВ) вблизи Антарктиды, вероятно, играли основную роль в изменениях содержания CO2 в атмосфере и климата Земли в прошлом. Однако реакция Тихого океана с его огромным резервуаром CO2 на апвеллинг ЦГВ изучена слабо. Для исследования этой проблемы мы использовали: записи индексов первичной продукции, значений изотопов кислорода и углерода карбоната раковин бентосных и планктонных фораминифер, количества терригенных частиц ледового разноса в осадках, индексов степени их окисленности и количества и видового состава бентосных фораминифер в осадках трех кернов, отобранных в северной части Императорского хребта (СИХ), за последние 25 тысяч лет. Содержание карбоната кальция в осадках всех изученных кернов и параметры их окисленности резко увеличились около 14,5 тысяч лет назад, что указывает на приток в северо-западную часть Тихого океана относительно молодых вод Южного океана, обогащенных карбонатным ионом и кислородом. Приток богатых питательными веществами вод Южного океана в район СИХ и уменьшение влияния морских льдов в начале потепления Бёллинг / Аллерёд вызвало также резкое увеличение продукции кремнистого фитопланктона.

Рис. 3. Сравнение изменений стеков продуктивности (СаСО3), общего органического углерода (ООУ), хлорина и аморфного кремнезема), величины ледового разноса (ВЛР), содержания редокс-чувствительных элементов V и As и обилия бентосных фораминифер (БФ) в северо-западной части Тихого океана за период оледенения-голоцена (20-4 тысячи лет назад) с вариациями температуры западной Антарктиды (Cuffeyetal., 2016) и содержания углекислого газа в атмосфере (Parreninetal., 2013). ПД-поздний дриас, В/А –потепление беллинг/аллеред, ГС 1 - Гейнричстадиал 1, МПО - максимум последнего оледенения.

 

Gorbarenko S.A., Shi X., Liu Y., Zou J., Psheneva O.Y., Bosin A.A.,Kirichenko I.S., Artemova A.V., Yanchenko E.A., Vasilenko, Y.P. Evidence of Southern Ocean influence into the far Northwest Pacific (Northern Emperor Rise) since the Bølling-Allerød warming // Global and Planetary Change. 2020. V. 195. 103315. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2020.103315. WOSQ1

 

4. Авторы: Долгих Г.И., Чупин В.А.

Впервые установлено, что при движении тайфунов в прибрежной зоне в частотном диапазоне 5-10 Гц генерируются микросейсмы «голоса моря», регистрируемые лазерным деформографом. Показано, что время появления микросейсм «голоса моря» совпадает со временем прихода первичных микросейсм, генерируемых прогрессивными морскими волнами. Исчезновение микросейсм «голоса моря» коррелирует с исчезновением первичных микросейсм и слабо коррелирует с исчезновением вторичных микросейсм. Максимальный ветер не всегда совпадает с максимальными микросейсмами «голоса моря». По данным двухкоординатного лазерного деформографа установлена зона генерации наиболее максимальных амплитуд микросейсм «голоса моря», которая территориально находится вблизи м. Поворотный Японского моря.

Рис. 4. Динамические спектрограммы лазерного деформографа в диапазоне микросейсм «голоса моря» (слева), первичных и вторичных микросейсм (справа), генерируемых прогрессивными и стоячими морскими волнами, при движении трёх тайфунов.

 

Dolgikh G., Chupin V., and Gusev E. Microseisms of the «Voice of the Sea» // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2020. V. 15, № 5. P. 750-754. WOSQ1

 

5. Авторы: Степанов Д.В., Кошель К.В., Рыжов Е.А.

Проблема рассеяния и агрегации различных трассеров в океане вызывает большой интерес. Такие трассеры могут быть естественными характеристиками океанской воды, такими как температура и соленость (пассивные трассеры), или различными опасными примесями, такими как пластик и нефть (плавающие трассеры). Динамика последних отличается от пассивных трассеров. Важным аспектом плавающих примесей является их способность образовывать ярко выраженные кластеры, которые представляют собой скопления в изолированных пятнах. Понимание и предсказание динамики этого явления является одной из проблем современной океанографии. Мы изучили, как кластеризация плавающих трассеров зависит от кинематических характеристик поля скорости на поверхности океана. Вопрос влияния крупномасштабных регулярных структур, таких, как вихри или струйные течения, не изучен. Проведено моделирование кластеризации примеси в окрестности вихрей в регулярном модельном поле скорости с добавлением случайного дивергентного поля скорости. Показано, что на малых временах эффективность и скорость кластеризации возрастают в окрестности вихрей. При дальнейшем увеличении времени эффективность и скорость кластеризации падают. На больших временах кластеры начинают разрушаться под действием эффектов хаотической адвекции.

Рис. 5. Пример распределения трассеров через 40 суток без добавления случайного поля (слева) и со слабодивергентным случайным полем (справа).

 

Stepanov, D.V., Ryzhov, E.A., Zagumennov, A.A., Berloff, P., Koshel, K.V. Clustering of floating tracer due to mesoscale vortex and submesoscale fields // Geophysical Research Letters. 2020. V. 47. e2019GL086504. https://doi.org/10.1029/2019GL086504 WOS Q1

Stepanov, D.V., Ryzhov, E.A., Berloff, P., Koshel, K.V. Floating tracer clustering in divergent random flows modulated by an unsteady mesoscale ocean field // Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics. 2020. V. 114:4-5. P. 690-714. DOI: 10.1080/03091929.2020.1786551 WOS Q4