ИСТИНА

Изучение особенностей формирования и изменчивости циркуляции вод в морских бассейнах – фундаментальная проблема современной океанологии, для решения которой необходимо использовать численные гидродинамические модели. Вследствие ошибок в краевых и начальных полях, погрешностей физических и математических параметризаций их применение требует мультимодельного подхода, позволяющего снизить влияние ошибок конкретной модели на итоговое решение. Для этого предполагается использовать российские и украинские модели морской циркуляции, разработанные в Институте вычислительной математики (ИВМ) РАН и Морском гидрофизическом институте (МГИ) НАНУ соответственно. В силу своих физико-географических особенностей Черное море является уникальным объектом, во многом имитирующим основные особенности циркуляции Мирового океана: интенсивные струйные течения, их меандрирование, образование синоптических и квазистационарных вихрей и др. А такое явление как холодный промежуточный слой (ХПС), поддерживаемый вертикальным распределением солености, в некотором смысле схоже с имеющейся вертикальной инверсией температуры в Северном Ледовитом океане. Поэтому изучение формирования и изменчивости циркуляции вод Черного моря может дать существенный вклад в развитие методов моделирования общей циркуляции океана. Это положение усиливается еще и тем, что в Черном море можно проводить натурный эксперимент, покрывающий данными всю его акватории. Основные цели настоящего проекта можно сформулировать как воспроизведение и анализ физической природы основных особенностей динамики Черного моря.

Проведены подготовка и анализ данных наблюдений по температуре и солености, спутниковой поверхностной температуры и альтиметрии для сопоставления результатов моделирования. Выборка и анализ данных наблюдений проводилась на основе Базы данных Морского гидрофизического института (МГИ) НАНУ по Чёрному морю. Все данные, в соответствии с задачами проекта, были рассмотрены за период 2007-2008 гг. Модель циркуляции океанов и морей ИВМ РАН – INMOM (Institute of Numerical Mathematics Ocean Model) реализована для акватории Чёрного и Азовского морей с горизонтальным разрешением ~4 км. По вертикали задано 40 неравномерно распределенных по глубине сигма-уровней. Проведены специализированные численные эксперименты с INMOM по оценке чувствительности параметров модели к качеству воспроизведения полей температуры, солёности и течений за период 2007–2008 гг. на основании которых подобраны оптимальные параметры INMOM. Проведены эксперименты за 2007–2008 годы, их результаты сопоставлены с данными наблюдений и расчетами по модели МГИ НАНУ такого же пространственного разрешения. В ходе этого сравнения показано, что INMOM, имея свои особенности, в целом не уступает модели МГИ НАНУ. Более того, используемая в INMOM методика расчета проникающего характера коротковолновой радиации была внесена в модель МГИ НАНУ. А модель МГИ НАНУ, охватывающая Черноморский и Азовский бассейны, находится на стадии создания. В рамках проекта модель INMOM для Чёрного и Азовского морей в декабре 2013 г. была передана в МГИ НАНУ для ее запуска на калибровочном стенде, специально созданном в МГИ НАНУ для верификации моделей циркуляции Черного моря. Для реализации запуска модели INMOM был согласован сценарий проведения эксперимента. Сценарий эксперимента был принят единым для модели циркуляции INMOM и для модели циркуляции Чёрного моря МГИ НАНУ. Верификация будет проведена силами МГИ НАНУ в 2014 г. В рамках проекта разработана и реализована методика расчёта распространения загрязняющих веществ (ЗВ) на прилегающей к Большому Сочи акватории Чёрного моря. Она основана на применении гидродинамической модели INMOM, реализованной для всей акватории ЧМ в двух версиях, М1 и М2. М1 описана выше, а в М2 используется неравномерное разрешение по пространству, с уменьшением шага до 50 м в акватории Большого Сочи. Версия М2 используется только в периоды расчёта переноса ЗВ, для которого начальное гидротермодинамическое состояние задается из М1. Сравнительный анализ М1 и М2 показал, что для воспроизведения вихревой структуры циркуляции ЧМ необходимо разрешение модели порядка 1,5 км, а основной фактор формирования квазистационарного Батумского антициклонального вихря – топографические особенности в этой части моря. Расчёт распространения ЗВ из р. Сочи, Хоста и Мзымта, а также из 18 труб глубоководных выпусков сточных вод, проводился для периода половодья с 01.04.2007 по 30.04.2007 г. Показано, что большой вклад в распространение ЗВ от этих точечных источников осуществляют вихревые мезомасштабные образования, которые формируют сложную трёхмерную структуру распространения ЗВ. В качестве внедрения результатов проекта в подведомственном Росгидромету Государственном океанографическом институте (ФГБУ «ГОИН») была реализована система комплексного оперативного диагноза и прогноза на трое суток гидрометеохарактеристик Чёрного и Азовского морей, включающая расчет атмосферного воздействия по модели WRF (Weather Research and Forecasting model) и расчёт течений, уровня, температуры и солёности моря по модели INMOM. С помощью этой системы удалось выполнить анализ гидрометеорологической обстановки, сложившейся над северо-восточным побережьем Чёрного моря 6-7 июля 2012 г, приведшей к наводнению в г. Крымске, а так же выяснить причины разрушений в штормовую ночь с 23 на 24.03.2013 г. несколько сотен метров берегозащитных конструкций, построенных для защиты Сочинского олимпийского парка в Имеретинской низменности.