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 22-77-10004

НазваниеДинамика полярных вод в узких проливах и глубоководных желобах

Руководитель Фрей Дмитрий Ильич, Кандидат физико-математических наук

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

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

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

Ключевые слова Циркуляция океана, гравитационные течения, термохалинная структура, внутренние волны, ADCP измерения, CTD измерения, море Уэдделла, Карское море, спутниковая альтиметрия, пролив Брансфилда, Карские ворота, пролив Вилькицкого, канал Вима, желоб Святой Анны, численное моделирование

Код ГРНТИ37.25.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Узкие проливы и глубоководные желоба являются ключевыми точками для циркуляции вод в придонном и приповерхностном слое Мирового океана. Мониторинг течений в подобных узостях позволяет установить характеристики водообмена между отдельными морями в поверхностном слое, либо между отдельными глубоководными котловинами в абиссальном слое океана, что важно для климатических оценок перераспределения тепла при движении холодных полярных вод. Также в таких точках значительно увеличивается степень перемешивания вод, что является важным фактором для формирования наблюдаемой вертикальной стратификации океана. Главной целью данного проекта является исследование особенностей динамики придонных и приповерхностных потоков через ряд проливов и желобов. При этом планируется как определить региональные особенности течений через конкретные узости в морях российской Арктики и Атлантическом секторе Антарктики, так и установить фундаментальные закономерности, связанные с влиянием тех или иных физических процессов на динамику вод в желобах и проливах. В основу проекта заложены накопленные коллективом натурные измерения, выполненные за последние 5 лет в некоторых ключевых узостях на пути распространения полярных вод: в проливах Карские ворота и Вилькицкого (8 экспедиций), желобе Святой Анны (3 экспедиции), проливы Брансфилда и Антарктика (4 экспедиции), проходы хребта Саут-Скотия (2 экспедиции), канал Вима (6 экспедиций). Существенная часть данных из этого архива будет впервые детально проанализирована именно в ходе выполнения заявляемого проекта. В ходе выполнения проекта планируется решение следующего ряда задач. На основе комплексных измерений на серии разрезов будет изучена трехмерная структура течений в исследуемых регионах океана, при этом будет анализироваться как термохалинная (и, соответственно, плотностная) структура течений, так и их кинематическая структура. Сочетание подобных измерений позволяет исследовать различные аспекты динамики океана. Кроме этого, ключевой особенностью проекта является использование автономных океанографических заякоренных станций, активно применяемых коллективом проекта в высоких широтах Северного Ледовитого и Южного океанов. Важной задачей проекта является изучение изменчивости течений на различных временных масштабах с использованием данных автономных буйковых станций. Следует отметить, что измерения в исследуемых ключевых точках Мирового океана крайне немногочисленны, а в некоторых абиссальных каналах и проходах Южной Атлантики не выполнялись никогда. При этом они играют ключевую роль в переносе холодных полярных вод, в глобальном перераспределении тепла и в формировании наблюдаемой стратификации океана. Понимание этих процессов особенно важно в условиях изменяющегося климата, а также для настройки и валидации численных моделей циркуляции океана, в которых моделирование течений в узких проливах и желобах представляет собой важную и сложную задачу.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


 

 

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Результатом работ третьего, заключительного года выполнения проекта (июль 2024 – май 2025) стали новые экспедиционные данные, результаты численных расчетов и комплексный анализ морских течений и других динамических процессов в некоторых глубоководных проходах, жёлобах и проливах Атлантического океана, российской Арктики и Антарктики. В рамках исследований исполнители гранта приняли участие в трех экспедициях в Атлантический (69 рейс НИС «Академик Иоффе»), Северный Ледовитый (Плавучий университет МФТИ – ИО РАН на НИС «Профессор Молчанов») и Южный (70 Российская Антарктическая экспедиция на НЭС «Академик Трешников») океаны. Ключевыми результатами работ по проекту являются: 1. На основе анализа экспедиционных данных было обнаружено разветвление гравитационного потока на две отдельные ветви в средней части канала Вима в юго-западной Атлантике. Обе этих ветви вносят вклад в меридиональный перенос Антарктической донной воды. Измерения показали значительные пространственные вариации скорости и термохалинных свойств южной, более мелководной, ветви. Помимо уточнения пространственной структуры гравитационного течения, был впервые оценен многолетний тренд потепления донных вод в средней части канала; тренд составил 2,4 мК/год, что хорошо согласуется с предыдущими оценками в других частях канала Вима и всей юго-западной Атлантики. 2. На основе комплексного анализа натурных и модельных данных было установлено наличие гравитационного потока Антарктической донной воды в абиссальном канале Видал западной части тропической Атлантики. Были впервые получены оценки скорости (варьируют от 10 до 20 см/с на протяжении более чем 800 км канала), объемного переноса (не более 0,05 Св) и горизонтального градиента придонной потенциальной температуры (0.12°С, от 1.30°С в верхней части канала до 1.42°С в устье на глубине 5800 м). 3. Новые результаты получены для ряда динамических процессов в российской Арктике: на склоне жёлоба Святой Анны к северу от Новой Земли, для Медвежинского жёлоба на западе Баренцева моря, для пролива Фрама к западу от архипелага Шпицберген. В частности, установлены средние скорости движения донных вод в Медвежинском жёлобе и атлантических вод в проливе Фрама; проведены оценки амплитуды различных гармоник приливных течений; установлено, что на склоне Новой Земли могут формироваться апвеллинги при скорости вдольберегового ветра более 15 м/с, и определены соответствующие параметры изменения термохалинной структуры. 4. Проведена валидация 8 приливных моделей (TPXO9.1 и TPXO9.5 atlas, FES2014, HAMTIDE11 и HAMTIDE12, AntPen04.01, AntPen1kmTM, CATS2008), рассчитывающих скорости приливных течений на различных частотах. При этом была показана важная роль пространственного разрешения моделей, установлена зависимость точности расчетов от исследуемых глубин (абиссальные глубины, континентальный склон и шельфовые области показывают различные порядки ошибок приливных моделей), а также показана зависимость точности от ледового покрова исследуемой области. 5. На основе данных прямых измерений скорости течений, выполненных в 69 и 70 Российских Антарктических экспедициях на НЭС «Академик Трешников», была определена кинематическая структура ветвей Антарктического циркумполярного течения в различных частях Южного океана, а также локальных течений в проливах Антарктического полуострова. Получены оценки кинематической структуры исследуемых элементов циркуляции.

 

Публикации

1. Морозов Е.Г., Фрей Д.И. Currents and Tides in the Fram Strait and Greenland Sea Oceanology, Oceanology, 2024, Vol. 64, No. 5, pp. 658–669. (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1134/S0001437024700346

2. Морозов Е.Г., Фрей Д.И., Новигатский А.Н. Arctic Water Current in the Bear Island Trough Russian Journal of Earth Sciences, Russian Journal of Earth Sciences, 24, ES4001, EDN: BXWCJO (год публикации - 2024)
10.2205/2024es000925

3. Фрей Д.И., Зуев О.А., Мехова О.С., Фомин В.В., Морозов Е.Г., Кречик В.А., Борисов Д.Г., Салюк П.А., Смирнова Д.А., Остроумова С.А., Дианский Н.А. An 800‐km‐long erosional channel system as a pathway for Antarctic Bottom Water abyssal flow into the Northwest Atlantic Journal of Geophysical Research: Oceans , 130, no. 1 (2025): e2024JC021846. (год публикации - 2025)
10.1029/2024JC021846

4. Фрей Д.И. Branching of Antarctic Bottom Water Flow in the middle part of the Vema Channel revealed by direct velocity measurements Journal of Geophysical Research: Oceans, 130, no. 4 (2025): e2024JC021580 (год публикации - 2025)
10.1029/2024JC021580


Возможность практического использования результатов
Экспедиционные данные, полученные в ходе выполнения проекта, могут быть использованы для создания и валидации численных океанических моделей, важных для различных прикладных задач. В частности, численные модели циркуляции важны для вопросов навигации (в том числе в Арктике в сложных ледовых условиях), в то время как приливные модели важны для хозяйственной деятельности в районах с существенными колебаниями уровня моря.