Аннотация результатов, полученных в 2022 году
На основе стационарного гармонического анализа рядов среднесуточных значений мареографных измерений уровня за период 1971 – 2020 гг. на прибрежных станциях Балтийского моря показано, что в последние полвека произошло увеличение средней амплитуды составляющих сезонных колебаний уровня Sa, Ssa, Sta, Sqa по сравнению с предыдущими десятилетиями. Средние амплитуды гармоники Sa за период 1971 – 2020 гг. варьируют от 6.5 см на юго-западе Балтийского моря до 14.5 см на самом севере Ботнического залива. Оценки пространственных изменений фазы гармоники Sa статистически значимые, и они свидетельствуют, что сначала максимум годовых колебаний уровня моря наступает в октябре на юго-западе Балтики (Клагсхамн), а затем распространяется на север и северо-восток моря, где он отмечается в ноябре. По сравнению с предшествующим двадцатилетием 1951-1970 гг. (см. Проект «Моря СССР»…, 1992) в рассматриваемый нами период амплитуды гармоники Sa увеличились на 0.9 – 2.2 см, а максимум годовых колебаний стал наступать позже на 1-2 месяца. Вторая по величине гармоника Ssa имеет средние амплитуды от 3 см на севере Каттегата до 6.25 см на северо-востоке Финского залива. Статистически достоверное изменение фазы полугодовых колебаний отмечается только в пр. Каттегат, где она увеличивается в юго-восточном направлении на 20 градусов. В открытой Балтике, Ботническом и Финском заливах изменения фазы незначительные и сравнимы со среднеквадратическими ошибками их оценки. Средние амплитуды треть годовых (Sta) и четверть годовых (Sqa) гармоник значительно меньше амплитуд гармоник Sa и Ssa и варьируют от 0.83 – 0.84 см на севере Каттегата (Гётеборг) до максимальных значений 2.55-2.57 см на востоке Финского залива. Оценки фазы этих гармоник имеют большие стандартные ошибки их расчета, которые сравнимы или превышают пространственные изменения фазы этих составляющих сезонных колебаний уровня моря. Результаты скользящего гармонического анализа демонстрируют значительную нестационарность всех 4-х компонент сезонных колебаний с выраженной амплитудной модуляцией. У годовой компоненты Sa период модуляции равен приблизительно 20 годам. У компонент Ssa, Sta, Sqa период модуляции варьирует приблизительно от 2 до 10 лет. Межгодовые изменения амплитуды гармоники Sa в разных районах Балтийского моря хорошо связаны между собой (коэффициенты корреляции варьируют от 0,6 до 1,0) и имеют значимые отрицательные тренды в период 1971-2020 гг. Для исследования пространственной изменчивости характеристик сезонных колебаний уровня Балтийского моря использовался массив комбинированных спутниковых альтиметрических данных. Результаты гармонического анализа показали, что амплитуды составляющих Sa, Ssa и Sqa сезонных колебаний уровня выделяются достоверно для всех регионов Балтийского моря на основе гармонического анализа спутниковых альтиметрических данных. Оценки амплитуд гармоники Sta не везде являются достоверными: на юго-востоке открытой Балтики и в районе Датских проливов амплитуды третьгодовых колебаний уровня моря сравнимы со среднеквадратическими ошибками их расчетов. Средние амплитуды гармоники Sa за период 1993 – 2018 гг. варьируют от 4.5 – 5 см на юго-западе Балтийского моря до 9 – 10 см на севере Ботнического залива и на востоке Финского залива. Вторая по величине гармоника Ssa имеет средние амплитуды от 1 - 1.5 в Каттегате и Датских проливах до 5-6 см на востоке Финского залива. Самые низкие средние значения амплитуды отмечаются у гармоники Sta: от 0,2 – 0,5 см на юго-западе и юге Балтики до 1,4 – 1,6 см на севере Ботнического и в Финском заливах. У гармоники Sqa средние значения амплитуд варьируют от 0,6 – 0,8 см на юго-западе открытой Балтики, в Датских проливах и на северо-востоке пр. Каттегат до 1,8 – 2,0 см на востоке Финского залива и на самом севере Ботнического залива. Пространственные изменения фазы достоверно оцениваются по альтиметрическим данным только для гармоники Sa, а для гармоник Ssa, Sta и Sqa они сравнимы с оценками среднеквадратических ошибок. Распределение в пространстве фазы гармоники Sa свидетельствует о квазимонотонном перемещении возмущений уровня моря с периодом один год с юго-запада на север и северо-восток со скоростью около 0.15 – 0.36 м/с. Сравнение характеристик годовой волны в поле уровня моря с теоретическими дисперсионными соотношениями баротропных и бароклинных гравитационных волн и топографических волн показало, что скорости распространения годовых колебаний в поле уровня моря хорошо согласуются с теоретической фазовой скоростью бароклинных волн Кельвина. Сравнение амплитуд всех четырёх гармоник сезонных колебаний уровня, рассчитанных по среднесуточным альтиметрическим данным и мареографным измерениям уровня моря на 30 береговых станциях, показывает, в целом, близкие результаты, хотя во многих случаях оценки амплитуд, полученных по спутниковым данным, занижены относительно мареографных измерений на 1 – 2 см. Для исследования причин значимых уменьшений амплитуды годовых колебаний уровня Балтики в последние пол века были оценены межгодовые изменения амплитуд гармоники Sa атмосферного давления и ветра на гидрометеорологических станциях Балтийского моря, а также стерических колебаний уровня на океанографической станции BY-15, полученные по результатам скользящего гармонического анализа. Результаты показали, что также как у изменений годовых колебаний уровня моря, в последние полвека отмечаются значимые отрицательные тренды в изменениях амплитуды годовых колебаний атмосферного давления и ветра. Результаты взаимного корреляционного анализа, свидетельствуют, что между изменениями годовых аномалий уровня моря и атмосферного давления, а также изменчивостью ветра на разных станциях, отмечаются высокие значения коэффициентов корреляции, достигающие 0,66 – 0,78, что хорошо согласуется с результатами, опубликованными в других работах (Plag and Tsimplis, 1999; Hünicke and Zorita, 2008; Stramska et al., 2013; Johansson and Kahma, 2016; Cheng et al., 2018). Однако в вариациях амплитуды стерических колебаний с периодом один год, наоборот, наблюдается значимый положительный тренд. Максимальная амплитуда стерических колебаний уровня на станции BY-15 очень маленькая (3.3 см), и она более чем в два раза меньше амплитуды годовых статических колебаний уровня и намного меньше максимальной амплитуды суммарных годовых колебаний уровня в ближайшем пункте Висби (24.4 см). Взаимный корреляционный анализ между аномалиями суммарных годовых колебаний уровня в Висби и Клайпеде с аномалиями годовых стерических колебаний уровня на станции BY-15 показывает отсутствие связи между этими процессами. Эти результаты свидетельствуют, что межгодовые изменения годовых стерических колебаний уровня моря не могут быть причиной наблюдающихся в последние полвека значимых уменьшений амплитуд гармоники Sa. Учитывая, что в предыдущих работах показано отсутствие стационарной связи между аномалиями годовых колебаний уровня моря и годовыми аномалиями составляющих водного баланса (Stramska et al., 2013; Zakharchuk et al., 2022), полученные здесь результаты позволяют предположить, что основной причиной наблюдающихся в последние полвека значимых уменьшений амплитуды годовых колебаний уровня Балтийского моря являются уменьшения амплитуды годовых колебаний ветра и, в меньшей степени, - атмосферного давления.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках реализации проекта, впервые, подробно исследована пространственно-временная изменчивость характеристик сезонных колебаний уровня, вызванных вариациями плотности водных масс Балтийского моря за период с 1993 по 2020 гг. С этой целью, по данным о температуре и солёности воды на разных горизонтах регионального реанализа NEMO 3.6, в узлах сеточной области были рассчитаны ряды стерических колебаний уровня моря. На основе оценивания различных статистических критериев точности проведено сравнение рядов стерических колебаний уровня, рассчитанных по данным регионального реанализа NEMO 3.6. с рядами стерических колебаний уровня, полученных с помощью анализа судовых измерений температуры и солёности на разных горизонтах океанографических станций международного мониторинга Балтийского моря, наиболее обеспеченных данными. Сравнительный анализ показал, что данные реанализа достаточно точно оценивают наблюдающиеся стерические изменения уровня в диапазоне межгодовой и сезонной изменчивости. Результаты стационарного гармонического анализа показали, что в диапазоне сезонной изменчивости преобладающий вклад в стерические колебания уровня оказывает годовая гармоника Sa, амплитуда которой варьирует от 0.5 до 4.5 см, и, в среднем для моря, она больше, приблизительно в 5 раз, по сравнению с амплитудой полугодовой гармоники Ssa и, более чем на порядок, превышает амплитуды гармоник Sta и Sqa. Основное влияние на сезонные стерические колебания уровня в период 1993 по 2020 гг. оказывала термостерическая компонента, и только на юго-западе моря отмечается существенное влияние галостерической компоненты. Пространственные распределения фазы гармоники Sa свидетельствуют, что на большей акватории моря максимумы годовых стерических колебаний уровня моря наступают в августе-сентябре, и только на западе Каттегата, в районе Датских проливов, а также в Арконском бассейне они наступают в июне-июле. С помощью скользящего гармонического анализа впервые оценены межгодовые изменения стерических колебаний уровня моря в диапазоне их сезонной изменчивости. Выделены районы моря со статистически значимыми величинами линейных трендов. Показано, что за исключением юго-западной части, во всех других районах Балтийского моря наблюдается увеличение амплитуд сезонных стерических колебаний уровня на частотах гармоник Sa, Ssa, Sta и Sqa. Самый большой рост амплитуд, с преобладающим влиянием термостерической компоненты, отмечается для годовой гармоники стерических колебаний с максимальными значениями 0,6 – 0,7 мм/год в открытой Балтике. Для стерических колебаний Ssa и Sta максимальный статистически значимый рост амплитуд, с доминирующим влиянием галостерической компоненты составляет 0,3-0,4 мм/год и наблюдается в открытой Балтике, Финском и Рижском заливах. Наименьший рост амплитуд, от 0,05 – 0,25 мм/год, отмечается у гармоники Sqa. На юго-западе Балтийского моря отмечаются отрицательные тренды в изменениях амплитуд сезонных гармоник стерических колебаний с преобладанием вклада галостерической компоненты, с величинами -0,1 – (-0,6) мм/год. Анализ различной гидрометеорологической информации показал, что выявленные современные региональные изменения стерических сезонных колебаний уровня Балтийского моря связаны с повышением температуры воздуха, увеличением атмосферных осадков, уменьшением интенсивности ветра над морем, распреснением верхнего квазиоднородного слоя и увеличением солёности глубинных и придонных вод Балтики из-за водообмена с осолоняющимися водами Северного моря. Для идентификации годовых волн в поле уровня моря было проведено сравнение оцененных по альтиметрическим данным характеристик годовых колебаний с известными теоретическими дисперсионными соотношениями различных видов баротропных и бароклинных низкочастотных волн. Сравнение показало, что в большинстве случаев, на большей части акватории Балтийского моря годовые возмущения в поле уровня моря идентифицируются как бароклинные волны Кельвина, и только на юго-западе моря в редких случаях их эмпирические характеристики соответствуют теоретическим дисперсионным соотношениям бароклинных топографических волн Россби. Исследование причин и механизмов амплитудной модуляции годовых колебаний уровня моря с периодами огибающей от 7-15 до 30-35 лет показало, что эта модуляция связана с влиянием сателлитов гармоники Sa, имеющих небольшие, но значимые амплитудные максимумы в спектрах ряда Фурье на периодах 352, 373 и 379 дней. Эти сателлиты в уровне моря могут вызываться такими же колебаниями в поле касательного трения ветра и атмосферного давления, которые были выявлены нами в амплитудных спектрах рядов среднесуточных значений атмосферного давления за период 1939-2021 гг. и ветра за период 1950-2021 гг. в Стокгольме. С помощью численных экспериментов с трёхмерной баротропной гидродинамической моделью INMOM исследован отклик уровенной поверхности Балтийского моря на разномасштабные возмущения уровня, распространяющиеся в Балтику через Датские проливы из Северного моря. Показано, что в диапазоне сезонной изменчивости гидравлическое сопротивление в Датских проливах оказывает наименьшее влияние на распространение «внешних» колебаний уровня моря, уменьшая их амплитуды всего на 6 – 22%. Отмечено увеличение амплитуды у полугодовых колебаний, которые усиливаются из-за влияния полугодового обертона у годового колебания, генерирующегося за счет нелинейных эффектов. Результаты взаимного корреляционного анализа между аномалиями составляющих сезонных колебаний уровня моря и различных гидрометеорологических процессов свидетельствуют, что самые большие коэффициенты корреляции, достигающие 0.8-1.0, отмечаются между аномалиями сезонных колебаний уровня моря и касательного трения ветра. Однако при движении с юга на север моря связь между этими процессами снижается, и для аномалий гармоник Ssa, Sta, Sqa на севере Ботнического залива коэффициенты корреляции уменьшаются до значений 0.3-0.4. В Ботническом и Финском заливах, а также на севере открытой Балтики, высокая обратная связь отмечается между аномалиями уровня и составляющими сезонных колебаний атмосферного давления, в то время как на юге открытой Балтики связь между этими процессами отсутствует. Для аномалий гармоник Ssa, Sta, Sqa на большей части акватории Балтийского моря наблюдаются высокие значения коэффициентов корреляции (0.6 – 0.7) между аномалиями уровня и водообмена между Северным морем и Балтикой, однако связь между этими процессами отсутствует для аномалий гармоники Sa. Результаты взаимного корреляционного анализа показали также, что не отмечалось связи аномалий сезонных колебаний уровня моря с аномалиями составляющих сезонных колебаний пресного баланса (осадками, испарением, материковым стоком) и стерическими колебаниями уровня моря. Множественный регрессионный анализ показал, что значения коэффициентов множественной корреляции для всех 4-х гармоник являются высокими и варьируют от 0.7 до 1.0. Этот результат свидетельствует, что предложенная нами модель множественной регрессии достаточно адекватно описывает межгодовую изменчивость составляющих сезонных колебаний уровня Балтийского моря. Результаты множественного регрессионного анализа свидетельствуют, что наибольшее воздействие на межгодовые изменения сезонных колебаний уровня моря в течение последних 30 лет оказывают сезонные аномалии касательного трения ветра, вклады которых в открытой Балтике, пр. Каттегат и Рижском заливе достигают 40-70%, уменьшаясь, в зависимости от гармоники, до 30-60% в Финском заливе, и до 15-35% в Ботническом заливе. Вторыми по значимости процессами, влияющими на межгодовую изменчивость сезонных колебаний уровня моря, являются сезонные аномалии атмосферного давления и водообмена Балтийского и Северного морей, вклады которых, в зависимости от районов моря, варьируют от 5-15% до 25 – 45%. Вклады составляющих пресного баланса и изменений плотности воды в межгодовую изменчивость сезонных колебаний уровня моря незначительны, и не превышают 5-15%.