Институт Океанологии РАН
Физика океана, морская геология, морская биология, морская техника
English | Russian
Главная arrow Лаборатории физического направления arrow Лаборатория взаимодействия океана с водами суши и антропогенных процессов
Лаборатория взаимодействия океана с водами суши и антропогенных процессов Печать E-mail

Руководитель лаборатории - главный научный сотрудник, д.г.н.  Завьялов Петр Олегович 

Лаборатория основана в 1989 г под названием «Лаборатория аэрокосмических методов исследования океана». В течение многих лет лабораторией руководил профессор В.Н. Пелевин. После смерти В.Н. Пелевина в 2005 г лабораторию возглавил доктор географических наук П.О. Завьялов. В связи с частичным изменением основной тематики исследований лаборатория была переименована и получила свое современное название в 2006 г.

В.Н. Пелевин
П.О. Завьялов

увеличить
Развитие средств дистанционного зондирования океана продолжает составлять важный предмет исследований лаборатории. Так, в последние годы была разработана методика обнаружения и картирования органических загрязнений (в частности, в районах влияния материкового стока) и хлорофилла на ходу судна посредством анализа спектров вынужденной флуоресценции поверхности океана.

Метод обеспечивает высокое пространственное разрешение, практически недостижимое иными средствами. Созданы (совместно с Всероссийским электротехническим институтом) и широко испытаны в натурных условиях опытные образцы нового оборудования - ультрафиолетовые флуоресцентные лидары. На рисунке показан лидар УФЛ-8 и полученное с его помощью распределение органических антропогенных загрязнений в Гданьском заливе Балтийского моря (результаты экспедиционных измерений 2006 г).

увеличить

«Центр тяжести» исследований лаборатории в настоящее время лежит в области изучения взаимодействий океана и внутренних водоемов с пресноводным материковым стоком, а также физики антропогенного давления на морские системы. В частности, картированы зоны влияния стока российских рек Черного моря. Однако наиболее заметные результаты последних лет связаны с девятью комплексными экспедициями на Аральское море с целью мониторинга изменений его режима в условиях глубокого экологического кризиса. На рисунке показано вертикальное распределение солености в Арале по измерениям 2005 г (соленость превысила 100 промилле). Современный вид Аральского моря из космоса показан на врезке.

После смерти академика А.С. Монина в 2007 г сотрудники возглавлявшейся им Лаборатории синоптических процессов вошли в качестве отдельной одноименной группы в состав Лаборатории взаимодействия океана с водами суши и антропогенных процессов. В настоящее время этой группой руководит доктор физико-математических наук А.П. Мирабель. Наиболее общим направлением деятельности группы является выявление «порядка» в хаосе многомасштабных флуктуаций погоды и климата. Так, с помощью специально разработанной методики, использующей вейвлет-анализ, исследованы колебания климата в прошлом: по данным инструментальных наблюдений - за последние 150 лет, а по данным палеоклиматических реконструкций - климаты голоцена (~10 тысяч лет) и позднего плейстоцена (~800 тысяч лет).

Основные результаты исследований, полученные в Лаборатории за последние годы:

увеличить
Вертикальные распределения солености и температуры
Описана термохалинная структура западного бассейна Аральского моря в 2006 г. Обнаружено, что соленость в западном бассейне продолжает повышаться. На поверхности она возросла примерно на 2 г/кг с октября 2005 г по март 2006 г и еще на 9 г/кг с марта по сентябрь 2006 г и составила 109 г/кг. Уровень моря за этот период понизился на 52 см (по данным прямых геодезических измерений). Балансовые оценки указывают на то, что в настоящее время продолжающееся осолонение западного бассейна Арала связано не столько с падением уровня моря, сколько с водообменом между глубоким западным и мелководным, более соленым восточным бассейнами. На рисунке изображены вертикальные распределения солености и температуры в поперечном сечении западного бассейна Аральского моря в сентябре 2006 г.(Руководитель работ – д.г.н. Завьялов П.О.).

В ходе 19-го рейса НИС «Академик Иоффе» с помощью судового флуоресцентного лидара выполнены исследования пространственной изменчивости содержания растворенных органических веществ и нефтепродуктов (РОВН) по маршруту судна на трансатлантическом разрезе от п. Бремерхафен до п.Монтевидео. Отмечены районы повышенного содержания загрязнений в Северном море, проливе Ла-Манш и в областях, непосредственно прилагающих к крупным портам. Выполнен также анализ изменчивости содержания хлорофилла и отношения содержания хлорофилла к содержанию РОВН, как индекса, возможно, характеризующего антропогенные воздействия. (Руководитель работ – д.г.н. Завьялов П.О.).

В процессе исследований, выполненных в рамках темы «Экосистемные исследования современного состояния Аральского моря» было показано, что, несмотря на сформировавшуюся при усыхании высокую халинную стратификацию, Аральское море остается голомиктическим водоемом, подверженным глубокой зимней конвекции, а обнаруженная нами ранее придонная аноксия является сезонным или эпизодическим, но не постоянным явлением. Батиметрической съемкой обнаружено «самоуглубление» дна моря в районе пролива, соединяющего его восточную и западную части за счет эрозии донных илов придонными течениями, которые, как показали впервые выполненные прямые измерения, достигают 40 см/с. (Руководитель работ – д.г.н. Завьялов П.О.).

В рамках Межведомственного проекта "Меридиан" проведено исследование вод Атлантического океана от берегов Гренландии до Антарктиды методом ультрафиолетового лидарного зондирования с борта НИС. Получены флюорограммы морских вод в разных географических районах. Измерены величины и оценены средние по районам значения концентраций пигмента хлорофилла, растворенного органического вещества и углерода в РОВ в приповерхностном слое океана. Проведено сопоставление со спутниковыми данными. (Руководитель работ - проф. Пелевин В.Н.)

Предложен новый в океанологической практике метод изучения моря - метод "флуоровидения" морской поверхности. Метод заключается в получении и анализе в текущем времени панорамы флуоресценции моря в лучах высокочастотного сканирующего ультрафиолетового лазера, расположенного на авианосителе. Разработан проект авиационного флуоресцентного сканирующего лидара (АФСЛ). После реализации на практике метод может быть применен для обнаружения загрязнения вод нефтепродуктами или иными органическими веществами, а также для обнаружения воздействия от расположенных под поверхностью гидродинамических источников. (Руководитель работ - проф. Пелевин В.Н.)

Выдвинута и опубликована в научной печати (две публикации) термодинамическая модель генезиса тропических циклонов (тайфунов, ураганов) и разработан критерий вероятности возникновения разрушительных циклонов по спутниковым СВЧ-измерениям (а именно - сканером МТВЗА-ОК на спутнике СИЧ-1М, либо по данным серии DMSP). (Руководитель работ - проф. Пелевин В.Н.)

С 2008г.  в состав Лаборатории взаимодействия океана с водами суши и антропогенных процессов входит Группа синоптических процессов, которую возглавляет д.ф-м.н. А.П.Мирабель.
С 1987 г. по 2007г. - заведующим Лабораторией синоптических процессов был академик А.С.Монин.

Основные достижения Лаборатории синоптических процессов за 2003-2006 гг.:

Опираясь на новый математический аппарат (вейвлеты и др.), выполнен новый анализ вариаций интегрально нестационарных и многомасштабных колебаний климата в Позднем Плейстоцене. Ряды исходных данных за 916 тыс. лет были получены от французских и швейцарских ученых, работающих сейчас по проекту EPICA - European Project of Ice Coring in Antarctica. Эти данные с большей детальностью и точностью представляют девять ледниковых циклов. В результате выявлена симметрия пилообразных форм ледниковых циклов относительно так называемой морской изотопной стадии 11 (примерно 400 тыс. лет назад). Четыре наиболее недавние цикла отличались резкими потеплениями и последующими немонотонными похолоданиями. Наоборот, потепления четырех циклов, наблюдавшихся ранее стадии 11, были немонотонными, а их похолодания - более резкими. Длины циклов, непосредственно примыкающих к стадии 11, были минимальны (примерно по 70 тыс. лет), а длины самого недавнего (вюрмского) и самого древнего (девятого) циклов были максимальны (примерно по 120 тыс. лет). Эти особенности форм ледниковых циклов определялись, в основном, частотной модуляцией откликов глобальной климатической системы на орбитальные изменения приходящей солнечной радиации за счет циклов эксцентриситета и наклонения, наиболее четко выраженные в экваториальном поясе Земли. Полученные результаты позволяют поставить вопрос о существенном пересмотре теории ледниковых циклов М.Миланковича. (Лаб. синоптических процессов, рук. - академик Монин А.С.).

Проведен анализ проблемы сосуществования хаоса и порядка в вариациях погоды и климата. Особое внимание уделено феномену внутренней организации движений обратного энергетического каскада (временные периоды колебаний от недели до одного-двух месяцев) квазидвумерной атмосферной макротурбулентности, состоящему во временной синхронизации распространения планетарных волн в системе западно-восточного переноса внетропических широт. Выведена система фильтрованных уравнений, на основе которых построена гидродинамическая модель, которая названа квазисинхронной и предназначена для прогнозирования полей геопотенциала на среднем уровне атмосферы (500 гПа) на месяц вперед. Впервые рассмотрен в метрологическом контексте недавно введенный в математической теории динамических систем класс странных нехаотических колебаний, возбуждающихся в динамических системах при наличии квазипериодических внешних сил с существенно несоизмеримыми периодами. На ряде примеров показано, что сверхнизкочастотные атмосферные колебания (с периодами сезон и более) могут быть отнесены к этому классу. (Лаб.синоптических процессов, зав.лаб. - акад. А.С.Монин).

Опубликована книга А.С.Монина и Д.В.Сонечкина «Колебания климата по данным наблюдений. Тройной солнечный и другие циклы» (М., Наука, 2005. 191с.). В этой книге современные и прошлые (периоды голоцена и плейстоцена) колебания климата рассмотрены с единых позиций как сложные и многомасштабные нелинейные колебания, которые выглядят нестационарными при их рассмотрении по рядам данных инструментальных (колебания современного климата) и косвенных (колебания климата в прошлом) наблюдений. Для исследования структуры этих колебаний, наряду с такими традиционными средствами как разложение по естественным ортогональным составляющим, выделение трендов и др., впервые систематически используется аппарат непрерывного вейвлетного преобразования. Поскольку этот аппарат сравнительно нов, в конце книги помещена специальная глава, описывающая основные свойства вейвлетного преобразования временных рядов. При анализе кинематических колебаний много внимания уделено их нелинейности. Приведены примеры амплитудной и частотной модуляции климатических колебаний. Суть явления частотной модуляции, плохо знакомая широкому кругу климатологов, также излагается в специальной главе. (Лаб.синоптических процессов, зав.лаб.- акад. А.С.Монин).

На основе метеорологических и климатических рядов измерений проведено теоретическое исследование проблемы сосуществования хаоса и порядка в многомасштабных колебаниях погоды и климата. При этом использовались идеи и методы современной математической теории нелинейных динамических систем и фрактальной геометрии. Найдено, что определенный "порядок" существует уже в пределах обратного энергетического каскада атмосферной микротурбулентности (периоды погодных колебаний от недели до 1-2 месяцев). Этот "порядок" может быть использован для усовершенствования современных гидродинамических моделей прогноза погоды. Также найден универсальный "порядок", охватывающий климатические колебания с периодами от десятков лет до сотен тысяч лет, который может быть использован для разработки "сценариев" короткопериодных (на десятки и сотни лет вперед) колебаний современного климата. (Лаб. синоптических процессов, рук. - академик Монин А.С.).

При анализе данных из ледового керна на станции "Восток" (Антарктида) установлено, что максимумы концентрации парниковых газов отстают от максимумов температуры на несколько столетий; все четыре межледниковья заканчивались именно тогда, когда концентрация углекислого газа и метана росла наиболее быстро. Из этого следует, что парниковый эффект не причина, а следствие потепления климата Земли. (Лаб. синоптических процессов, рук. - академик Монин А.С.).

Из самого длинного ряда инструментальных измерений температуры воздуха (Центральная Англия, длина ряда свыше 300 лет) получено подтверждение тому, что климат в этом регионе определяется в основном интенсивностью крупномасштабной циркуляции вод в Северной Атлантике. Относительная скорость крупномасштабного изменения температуры воздуха в Англии прямо зависит от интенсивности потока воды в Гольфстриме. Из ряда выделены гармоники с периодами около 100 и около 300 лет, которые, вероятно, связаны с аналогичной изменчивостью интенсивности циркуляции вод в Северной Атлантике, создаваемой волнами Россби у истоков Бразильского и Гвинейского течений, возникающих вследствие медленных вращений Земли с периодами около 7 и 19 лет. Получены оценки величин длины волны Россби и широтного изменения завихренности фонового течения. (Лаб. синоптических процессов, рук. - академик Монин А.С.).

 
См.также по теме
Нет публикаций по теме
Российская академия наук
Почтовая система Ocean Институт Океанологии РАН Проект OceanDB