Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На основе данных реанализа метеорологических полей ERA-5, реанализов гидрофизических полей, численного гидродинамического моделирования и инструментальных измерений уровня моря, солёности и течений исследованы особенности термохалинной структуры и динамики вод Балтийского моря во время распространения большого балтийского затока (ББЗ), произошедшего в декабре 2014 г. Максимальный перепад уровня моря между Каттегатом и юго-западной Балтикой во время ББЗ составил 100 см. Показано, что в наблюдающиеся уклоны уровня моря в Датских проливах во время ББЗ заметный вклад вносят уклоны, вызванные неоднородностью поля плотности морской воды, которые уменьшают суммарный уклон уровня моря. Вертикальные профили плотности воды и течений во время ББЗ демонстрируют сохранение в Датских проливах стратификации и наличие однонаправленного потока из Каттегата в Балтику, со скоростями на поверхности 1.0-1.2 м/с и у дна 0.10-0.30 м/с. Значительные вертикальные градиенты скорости течений обусловлены влиянием бароклинной компоненты, скорости которой достигают 0.2 – 0.6 м/с. Оценки водообмена свидетельствуют, что за весь период ББЗ в юго-западную Балтику прошло 243.7 км3 каттегатских вод. Результаты векторно-алгебраического анализа колебаний ветра и течений свидетельствуют, что районы высокой корреляции (>0,6) занимают почти всю акваторию Северного моря, обширные районы открытой Балтики, Ботнического моря, Рижского и Финского заливов, локальные районы Каттегата, Датских проливов и северной части Ботнического залива. Отсутствие корреляции между колебаниями ветра и течений отмечается в сравнительно узких зонах, наблюдающихся в Норвежском желобе, на севере Скагеррака, локальных районах Каттегата, Датских проливов, в открытой Балтике, Пярнусском заливе, узкой зоне, протянувшейся по оси Финского залива, Выборгском заливе, локальных районах Ботнического залива. Взаимный спектральный анализ показал, что максимальная передача энергии от колебаний ветра к движениям морских вод происходит, в основном, в двух диапазонах временных масштабов: 21-31 день и 7-9 суток в восточных и южных районах Северного моря, в южном Скагерраке, Каттегате, Датских проливах, прибрежных районах открытой Балтики и в Ботническом море. Взаимный корреляционный анализ колебаний ветра и уклонов уровня моря в ноябре-декабре 2006 г. (когда ББЗ не было) и в такой же период 2014 г. показал, что на большей площади этих морей корреляция отсутствует. Исключение составляет узкая прибрежная зона с высокими значениями корреляции, опоясывающая большую часть побережий Балтийского моря и локализованные районы в южной, юго-восточной и восточной частях Северного моря, где также отмечаются высокие коэффициенты корреляции (>0,6). Эта зона увеличивается по площади в период формирования ББЗ 2014 г. Для изучения механизмов ББЗ, на базе модели INMOM разработана трёхмерная бароклинная гидродинамическая модель Северного и Балтийского морей, имеющая сферическую сеточную область с детализацией в Датских проливах, где пространственное разрешение сеточной области составляет около 300-700 м. Проведён численный эксперимент, в рамках которого рассчитаны поля океанологических характеристик в системе двух морей за период с 1 января 2014 по 31 декабря 2015 г. Сравнение рассчитанных по модели значений солёности и течений с их измеренными характеристиками на станциях Дарсс Силл и Аркона показало достаточно хорошее согласие. Показано, что модель INMOM, в основном, лучше воспроизводит изменения солёности и характеристики средних течений, чем данные реанализа BSPAF. По результатам моделирования описаны особенности вертикальной изменчивости солёности и течений в Датских проливах во время формирования ББЗ. Оценены среднесуточные и суммарные объёмы переносимых вод в проливах Зунд, Большой и Малый Бельты в основной период ББЗ. Описаны особенности распределения полей придонной солёности в различные периоды формирования ББЗ. С помощью лагранжева моделирования рассчитаны траектории распространения трансформированных североморских вод по Балтике после ББЗ. Показано, что после прохождения Датских проливов воды ББЗ широким потоком распространяются в юго-западную Балтику, затем проникают в Гданьский залив и движутся по циклонической траектории через глубоководные районы восточного и северного Готландских бассейнов, не проникая в Финский залив, и к концу декабря 2015 года достигают Ландсортской впадины в западном Готландском бассейне. Для сравнения и получения дополнительной информации за 2016 г., по данным регионального реанализа BSPAF, лагранжево моделирование было проведено для более длительного периода 2014-2016 гг. Полученные траектории движения маркеров свидетельствуют, что также как и по данным INMOM к концу января 2015 г. большая часть маркеров проходит Датские проливы, Арконский бассейн и заполняет Борнхольмский бассейн. Также, значительная часть маркеров движется от места их размещения на север пр. Каттегат. К концу июня 2015 г. маркеры активно распространяются по всему восточному Готландскому бассейну. В октябре–декабре 2015 г. частицы проникают на север открытой Балтики, где часть из них, двигаясь по циклонической траектории, проникает в Ландсортскую впадину, а другая часть движется в сторону Финского залива, не достигая, однако, его к концу 2015 г. Спустя 15 месяцев после ББЗ часть маркеров достигает центральной части Финского залива, а другая часть проходит с севера на юг весь западный Готландский бассейн. Данные результаты хорошо согласуются с выводами работы (Liblik et al., 2018), в которой авторы, на основе анализа измерений температуры, солёности и кислорода на океанографических станциях, отмечают, что трансформированные воды ББЗ 2014 г. достигают Финского залива через 14–15 месяцев. Спустя два года после запуска маркеров, в Финском заливе и западном Готландском бассейне наблюдается ещё большее количество частиц, при этом отдельные маркеры проникают в Рижский залив и, через Аландскую впадину, доходят до Ботнического залива.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
С помощью трёхмерной бароклинной модели INMOM были получены сведения о характеристиках собственных колебаний в стратифицированной среде Северного и Балтийского морей. Разложение рассчитанных полей уровня моря из модели INMOM и метеорологических полей из реанализа ERA-5 на КЕОФ показало, что во время формирования ББЗ первые пять КЕОФ описывают 97% общей дисперсии уровня моря. При этом наблюдается выраженное доминирование первой моды (77% дисперсии уровня моря). Вторая мода описывает 10% дисперсии, третья мода - 6%, а на четвертую и пятую моды приходится суммарно менее 4% дисперсии. В изменчивости атмосферных полей (ветра и атмосферного давления) влияние 1-й КЕОФ является доминирующим (33-53%), но оказывается значительно меньшим в сравнении с уровнем моря. Для атмосферных процессов отмечается также увеличение вклада в дисперсию других КЕОФ. Первые три моды разложения полей уровня Северного и Балтийского морей на КЕОФ, в период развития ББЗ 2014 года демонстрируют, что в Северном море максимальные значения уровня для первой и второй мод сосредоточены в его юго-восточной части, тогда как третья мода проявляет наибольшую интенсивность на юго-западе моря. В Балтийском море первая мода достигает максимума в Рижском заливе, а вторая и третья - в юго-западном районе открытой Балтики. Пространственное распределение фаз свидетельствует, что реакция полей уровня в системе Северного и Балтийского морей на воздействие анемобарических сил во время ББЗ осуществляется в виде низкочастотных волновых процессов, имеющих признаки, как прогрессивных, так и стоячих мод волнового движения. Взаимный корреляционный анализ ГК разложения полей атмосферных процессов и уровня моря показал, что во время ББЗ высокая корреляция (0.67) отмечается только между 1-ми ГК уровня моря и атмосферного давления. Между ГК полей касательного трения ветра и уровня моря корреляция отсутствует. Взаимный вейвлет-анализ первых ГК полей уровня моря и атмосферного давления показал, что в период без ББЗ (ноябрь-декабрь 2006 г.) связь между этими процессами ограничивалась диапазоном колебаний (2-4 суток), характерным для прохождения атмосферных циклонов. Однако во время развития ББЗ 2014 года основной энергообмен между атмосферой и океаном наблюдался в более низкочастотной области с периодами в несколько недель. Результаты статистического анализа течений демонстрируют, что в период формирования ББЗ спектры течений характеризуются доминированием низкочастотной составляющей (32-62 суток), в то время как более короткопериодные колебания (11-14, 7 и 4 суток) вносят значительно меньший вклад в общую изменчивость. Взаимный анализ колебаний ветра и течений показал, что области высокой корреляции и когерентности на энергонесущих частотах имеют выраженную локализацию, охватывающую лишь определенные участки морских акваторий, что подчеркивает региональную специфику ветрового воздействия на динамику вод в период экстремальных затоков. Частотно-направленный спектральный анализ полей свободных и вынужденных низкочастотных возмущений уровня Северного и Балтийского морей, рассчитанных по модели INMOM, показал, что в районах с выраженным поступательным волновым движением энергонесущие максимумы отмечались на периодах 3-5, 7-14 и 30 – 60 суток. Низкочастотные волны с этими периодами распространялись с фазовыми скоростями от 0.10 до 1.60 м/с. Сравнение характеристик выделенных свободных и вынужденных волновых возмущений в поле уровня моря с известными теоретическими дисперсионными соотношениями различных видов баротропных и бароклинных низкочастотных волн показало, что они идентифицируются как бароклинные топографические волны Россби и внутренние волны Кельвина. На основе данных реанализа ERA-5 оценены траектории и скорости движения атмосферных циклонов в период формирования и распространения ББЗ. Показано, что 11 декабря 2014 г. произошло резкое замедление движения глубокого циклона - с исходных 7-11 м/с до 1.0 м/с. В этот день перепад среднесуточного уровня моря между Каттегатом и юго-западной Балтикой достиг максимального за период ББЗ значения в 1 м. Такое снижение скорости циклона сделало её сопоставимой с фазовыми скоростями свободных низкочастотных волн с периодами 32-62 дня в Северном и Балтийском морях, создав благоприятные условия для возможного резонанса между анемобарическими силами и собственными колебаниями морского бассейна. На возможность резонанса указывают также высокие значения когерентности между изменениями атмосферного давления и уровня моря, а также между τ и V на нулевых сдвигах, на частотах выделенных энергонесущих максимумов взаимных спектров. Для проверки гипотезы о резонансном механизме генерации ББЗ был проведен численный эксперимент на трехмерной бароклинной модели INMOM. Результаты показали, что в Северном море, в диапазоне периодов изменчивости касательного трения ветра 3-38 суток, суммарная энергия движения водной массы имела стабильно низкие значения. Далее отмечался резкий всплеск энергии с максимумом на периоде 63 дня. Такие же особенности в изменениях суммарной энергии наблюдались и в Балтийском море. Учитывая, что в спектре собственных колебаний в системе Северного и Балтийского морей нами ранее был выделен энергетический максимум на такой же частоте, можно сделать вывод, что этот всплеск суммарной энергии на периоде 63 дня был вызван резонансом между изменениями касательного напряжения трения ветра и собственными колебаниями морского бассейна, идентифицируемыми как бароклинные топографические волны Россби и внутренние волны Кельвина. Для исследования причин резкого сокращения количества ББЗ после 1983 г. по данным реанализа метеорологических полей ERA-5 для Северной Атлантики, Северного и Балтийского морей в осенне-зимние период был оценен линейный инвариант тензора дисперсии градиентов атмосферного давления I1(0)gradP в циклонах, как один из показателей их интенсивности. Расчеты охватывали период 1940- 2023 гг. Результаты показали, что в период 1940-1983 гг., когда отмечалось сравнительно много ББЗ, на востоке Северной Атлантики и над Великобританией отмечались значимые положительные тренды в оценках I1(0)gradPа, свидетельствующие об увеличении интенсивности атмосферного циклогенеза. В период 1984-2023 гг. в районах восточной Атлантики, над Северным и Балтийским морями отмечались значимые отрицательные тренды в межгодовой изменчивости I1(0)gradPа. Этот результат может свидетельствовать, что одной из причин резкого снижения количества ББЗ в период с 1984 по н/в может быть уменьшение интенсивности атмосферного циклогенеза над восточной Атлантикой и Северным и Балтийским морями.