Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В ходе русских гидрографических исследований 1970-80-х гг. в Лофотенской котловине Норвежского моря был обнаружен квази-постоянный антициклонический вихрь, представленный линзой теплой соленой воды на интервале глубины 300-1000 м с горизонтальным масштабом около 100 км. Максимумы азимутальной скорости изменяются в диапазоне 0,5-0,7 м/с и приурочены к ядру вихря, расположенного на глубинах 300-800 м. Начиная с момента открытия, Лофотенский вихрь привлекает внимание ученых из разных стран, являясь, по сути, природной лабораторией по изучению вихрей. Зимняя глубокая конвекция является необходимым условием существования в Лофотенской котловине этого уникального природного феномена, так как она создает благоприятные условия его ежегодной регенерации. Другим механизмом, позволяющим поддерживать в центре котловины высокую антициклоническую завихренность, является захват мезомасштабных вихрей, отрывающихся от Норвежского течения. На первый год выполнения было запланировано решение следующих задач: 1) Оценка качества нового продукта спутниковой альтиметрии DT2014 в Норвежском море путём сравнения альтиметрических данных с данными береговых станций наблюдения за уровнем океана (мареографами) и с данными дрейфующих буёв. 2) Оценка качества всех доступных профилей температуры и солёности в Лофотенской котловине, измеренных поплавками Арго, и анализ их T/S-диаграмм. 3) Проведение автоматической идентификации вихрей и отслеживание их траекторий с использованием данных спутниковой альтиметрии (SSH и скорости геострофических течений) и вихреразрешающей гидродинамической модели. 4) Оценка и анализ кинематических свойств идентифицированных вихрей. К концу 2018 г. все поставленные задачи были успешно решены. Выяснилось, что к моменту выполнения первой задачи Ssalto/Duacs выпустило новый (более свежий по сравнению с DT2014) продукт, поэтому соответствующий анализ целесообразно было провести для DT2018. Данные спутниковой альтиметрии сравнивались не только с инструментальными данными мареографных постов (оценка качества в прибрежной зоне), а также с данными поверхностных дрейфующих буев (оценка качества в открытом океане). Решение задачи 1 проводилось в два этапа: обработка исходных данных (удаление выбросов, необходимое временное и пространственное осреднение); объективный анализ данных, используя статистические методы исследования. Мы показали, что несмотря на улучшение качества альтиметрического продукта DT18 по сравнению с предыдущими поколениями, в высоких широтах все еще наблюдаются некоторые ошибки как в прибрежной зоне, так и в открытом море. Качество всех доступных профилей температуры и солёности в Лофотенской котловине также проанализировано, а по результатам подготовлена статья: Федоров А.М., Башмачников И.Л., Белоненко Т.В. (2019) «Зимняя конвекция в Лофотенской котловине по данным буев ARGO и гидродинамического моделирования», которая в настоящий момент находится на рецензировании. При работе над проектом мы сфокусировали внимание на почти неизученном вопросе – пространственном распределении вертикальной скорости в Лофотенском вихре. Факторы, влияющих на вертикальные скорости в вихре, являются ключевыми для оценки агеострофических процессов в вихре, явлений диссипации и понимания эволюции мезомасштабных вихрей в океане. Структуру этой вторичной циркуляции в океанских вихрях обычно трудно увидеть из-за сравнительно коротких временных рядов, так как относительно малые вертикальные скорости, связанные с этой циркуляцией, маскируются гораздо более сильными вертикальными движениями, обусловленными динамической неустойчивостью вихря или явлениями его деформации. Гораздо лучше исследованы вертикальные составляющие скорости в квазистационарных вихрях, расположенных над подводными горами. На основе in situ или модельных данных можно увидеть, что такие деформации чаще всего характеризуется двумя положительными и двумя отрицательными аномалиями относительной завихренности и связанными с ними вертикальные скорости, направленные вверх или вниз. В нашем исследовании мы использовали 12-летние данные региональной модели MITgcm и смогли получить в явном виде картину средней вертикальной скорости для подповерхностного антициклона. В частности, мы показали, что Лофотенский вихрь не привязан к ярко выраженным топографическим особенностям дна котловины. Наше дальнейшее исследование было связано с исследованием Лофотенского вихря, опираясь на теорию колоннообразных вихрей с винтовой структурой. Для автоматической идентификации мезомасштабных вихрей в Лофотенской котловине мы применяли два метода: Nencioli et al. (2010) и Faghmous et al. (2015). На основе проведенной идентификации получены основные кинематические и динамические характеристики мезомасштабынх вихрей в Лофотенской котловине. НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ проекта РНФ № 18-17-00027 были опубликованы в ряде статей и представлены на российских и международных конференциях. Два молодых участника проекта в ноябре 2018 г. получили награды в конкурсе «Молодых ученых» Института Космических Исследований РАН: Сандалюк Н.В. (3 место в конкурсе) и Федоров А.М. (Похвальная грамота «За интересное исследование»).

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В соответствии с заявкой проекта РНФ 18-17-00027 «Вихревая динамика Лофотенской котловины и ее роль в переносе термохалинных свойств вод в Норвежском море», на 2019 год было запланировано решение следующих задач: 1) Определение вертикальной структуры вихрей Лофотенской котловины. 2) Исследование особенностей эволюции и диссипации вихрей. Исследование изменчивости в зависимости от географического расположения трёхмерной структуры вихрей Лофотенской котловины в полях температуры, солености и плотности с оценкой их «времени жизни». 3) Оценка вертикальных движений в вихрях и исследование влияния вихрей на стратификацию (устойчивость) и перемешивание в Лофотенской котловине. 4) Оценка количества тепла и соли, извлекаемые вихрями Лофотенской котловины из Норвежского течения и переносимые во внутреннюю часть бассейна. Оценка влияния мезомасштабных вихрей на перенос тепла и соли по направлению к Арктике. Все поставленные задачи успешно решены. Получены следующие научные результаты: – Проанализирована вертикальная структура мезомасштабных вихрей, описаны их термохалинные характеристики и получены их геометрические и кинематические параметры. – Построен композитный вихрь Лофотенской котловины (отдельно композитный циклон и композитный антициклон). – Проанализированы треки мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины, исследованы особенности их эволюции, выявлены места их преимущественной генерации и диссипации. – Получены характеристики мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины, проведен их статистический анализ. – Показано влияние вертикальных движений в Лофотенском вихре на распределения температуры и солености воды с использованием данных океанских реанализов ECMWF ORAS5, ORAS4 и GLORYS12V1. Проведено исследование тонкой термохалинной структурой с эффектом дифференциально-диффузионной конвекции, которая проявляется в виде «солевых пальцев», что позволяет осуществлять вынос соли и тепла в глубинные слои океана без затраты энергии от внешних источников. – Проанализированы основные изопикнические характеристики в Лофотенской котловине на четырёх изостерических поверхностях. Установлено, что наиболее тёплые и солёные воды каждой поверхности наблюдаются не вдоль норвежского шельфа, где протекают тёплые атлантические воды, а в северо-западной части Лофотенской котловины, где изостеры поднимаются наиболее круто и выходят на поверхность зимой. – Исследовано влияние мезомасштабных вихрей на стратификацию (устойчивость) и перемешивание в Лофотенской котловине. – Получены оценки тепла и соли, извлекаемые вихрями Лофотенской котловины из Норвежского течения и переносимые во внутреннюю часть бассейна переносимых мезомасштабными вихрями в Лофотенской котловине. Показано, что отсутствует существенное влияние мезомасштабных вихрей на перенос тепла и соли по направлению к Арктике. Проанализирована сезонная и межгодовая изменчивость радиуса деформации Россби для Норвежского моря и Атлантического сектора Северного Ледовитого океана. http://earth.spbu.ru/news-events/news_1708.html

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Проект РНФ 18-17-00027 «Вихревая динамика Лофотенской котловины и ее роль в переносе термохалинных свойств вод в Норвежском море» направлен на изучение физических особенностей формирования термохалинной структуры Норвежского моря посредством вихревого транспорта. Ключевой особенностью данного региона является наличие в центре Лофотенской котловины квазипостоянного антициклонического Лофотенского вихря. Одной из основных причин, объясняющей устойчивость Лофотенского вихря, является его взаимодействие с другими антициклонами, которые отрываются от неустойчивого Норвежского течения и дрейфуют к центру котловины в область расположения Лофотенского вихря. Другой причиной является глубокая зимняя конвекция. В 2020 году по проекту было опубликовано 14 статей, из которых 5 опубликованы в журналах Q1. По результатам проекта сделано 29 докладов на конференциях. Среди основных результатов 2020 г. можно отметить следующие. Построены и проанализированы карты трендов стерических колебаний в Северной Атлантике, оценки проводились двумя независимыми методами. Выделены районы, где методы оценки трендов по спутниковым данным могут давать ошибочные значения. На основе методов автоматической идентификации мезомасштабных вихрей получены статистические оценки мезомасштабной активности в Лофотенской котловине. Создан программный модуль автоматической идентификации вихрей. Описаны кинематические свойства мезомасштабных вихрей за период 1993-2018 гг. Проанализированы треки мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины. Определены места преимущественной генерации и диссипации вихрей. Получены статистические оценки их характеристик. Определены три основные области генерации вихрей во фронтальной зоне Норвежского Склонового течения, откуда мезомасштабные вихри распространяются на северо-запад, образуя три основных коридора траекторий. Дано описание феномена “shielded vortex” в Лофотенской котловине. Проанализированы вертикальные скорости Лофотенского вихря и получена оценка их влияния на стратификацию по данным MITgcm. Проведен анализ вертикальной структуры распределения вертикальных скоростей, а также их сезонной и межгодовой изменчивости. Обосновано выделение на каждом горизонте вихря 4 секторов с чередующимися направлениями вертикальных скоростей. Построены композитные структуры циклона и антициклона Лофотенской котловины. Проведен анализ их термохалинных распределений. Получена оценка среднего зонального и меридионального вихревого транспорта, а также транспорта тепла и соли в бассейне. Получена оценка влияния вертикальных движений в Лофотенском вихре на распределения температуры и солености воды с использованием данных океанских реанализов ECMWF ORAS5, ORAS4 и GLORYS12V1. Проведен анализ тонкой термохалинной структуры с эффектом дифференциально-диффузионной конвекции, которая проявляется в виде «солевых пальцев», что позволяет осуществлять вынос соли и тепла в глубинные слои Лофотенской котловины без затраты энергии от внешних источников. Получены оценки объемного расхода, потоков тепла и соли на боковых границах в Лофотенском бассейне на основе данных океанских реанализов ECMWF ORAS4 и ORAS5, а также оценка их баланса. Проведено сравнение с оценками по данным реанализа CMEMS GLORYS12V1. Проанализированы четыре изостерические δ-поверхности по данным океанического реанализа и оценены глубины их залегания. Установлено, что изостерические поверхности в Лофотенской котловине имеют наклон в направлении с запада на восток с максимальными глубинами в центре котловины, где расположен квазипостоянный Лофотенский вихрь. Наиболее тёплые и солёные воды каждой поверхности наблюдаются не вдоль норвежского шельфа, где протекают тёплые атлантические воды, а в северо-западной части Лофотенской котловины, где изостеры поднимаются наиболее круто и выходят на поверхность зимой. Выявлено, что максимальная глубина залегания изостерических поверхностей достигается летом. Области с наибольшими глубинами летом также имеют максимальную площадь, а зимой минимальны. Это указывает на некоторую инерцию изменения термохалинных характеристик атлантических водных масс с одной стороны, а с другой – сдвиг влияния глубокой конвекции на изостерические поверхности на 1-2 сезона. Показано, что изопикническая адвекция и диапикническое перемешивание в Лофотенской котловине дают значительный вклад в ее роль как основного теплового резервуара субарктических морей. Получена оценка бароклинного радиуса деформации для Норвежского и Гренландского морей на основе массива данных ARMOR3D. Мы проанализировали его пространственное распределение, сезонную и межгодовую изменчивость в данном регионе. Показано, что в исследуемой области радиус Россби в среднем не превышает 7-9 км. Для большей части исследуемого района сезонные колебания радиуса составляют 1-2 км, при этом наибольшие значения радиуса наблюдаются в тёплое время года, а наименьшие – в холодное. Показано, что донная топография и конвективные процессы играют значительную роль в пространственном и сезонном распределении радиусов деформации. Получены оценки тепла и соли, извлекаемые вихрями Лофотенской котловины из Норвежского течения и переносимые во внутреннюю часть бассейна. Показано, что отсутствует существенное влияние мезомасштабных вихрей на перенос тепла и соли по направлению к Арктике. Эти оценки позволяют рассмотреть совокупный перенос тепла и соли в область Лофотенского вихря извне, что влияет на ежегодную зимнюю регенерацию Лофотенского вихря. Оценена глубина зимней конвекции в Лофотенской котловине Норвежского моря по данным океанического реанализа GLORYS12V1 за период 1993-2018 гг. Для оценивания глубины верхнего квазиоднородного слоя применяются два независимых метода: Кара и Монтегута. Изучена интенсивность глубокой конвекции – основного компонента Атлантической меридиональной термохалинной циркуляции. Проведен анализ «боксовой модели» Уайтхеда (Whitehead, 2000), которая описывает локализованный очаг глубокой конвекции, связанный с двухслойным соседним океанским бассейном на трех вертикальных уровнях. Получены аналитически параметры множественных стационарных состояний системы и условий их существования. Показано, что в зависимости от исходных значений параметров модели решение допускает различное число стационарных состояний: от нуля до трех. Анализ устойчивости по Ляпунову показал, что в случае трех стационарных состояний устойчивы только два из них. Проведено тестирование результатов моделирования по данным наблюдений. Проанализировано взаимодействие мезомасштабных вихрей Лофотенской котловины Норвежского моря по данным GLORYS12V1. Анализировались ситуации слияния и разъединения вихрей, для которых рассмотрены аномалии уровня, поля скоростей, кинетическая энергия, относительная завихренность, параметр Окубо-Вейса, а также потоки кинетической энергии в терминах турбулентной вязкости. Показано, что интерпретация результатов расчёта потока энергии KmKe сильно зависит от выбранного окна осреднения, а сам поток энергии KmKe характеризует взаимоотношения между более и менее устойчивыми структурами. Проведен анализ взаимодействия между мезомасштабными вихрями и циклонической циркуляцией в Лофотенском бассейне по данным альтиметрии, реанализа TOPAZ и данных буев Арго. Анализ баротропного преобразования энергии в данных реанализа TOPAZ показывает максимальную передачу энергии от вихревого поля к среднему потоку в области Лофотенского вихря. Зафиксирована передача энергии от среднего потока к вихрям в области, расположенной за пределами области Лофотенского вихря. Собраны материалы и готовится обобщающая монография на тему: "Вклад мезомасштабной изменчивости Лофотенской котловины в климатических процессах Арктики". Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту с указанием гранта РНФ: https://www.gazeta.ru/science/news/2019/11/27/n_13747364.shtml https://indicator.ru/engineering-science/pribor-dlya-sputnikovoi-altimetrii-vyderzhal-proverku-norvezhskim-morem-01-12-2019.htm http://earth.spbu.ru/news-events/news_1708.html