Отдел теории волн

История

В московский период истории Морского гидрофизического института АН СССР теоретическое моделирование волновых процессов в Мировом океане проводилось в лаборатории теории волн и течений, которую возглавлял крупный ученый в области математики, гидромеханики и теории волн член-корреспондент АН СССР Л.Н. Сретенский. В этот период в выполнении волновых исследований института участвовали доктора физ.-мат. наук С.С. Войт и Я.И. Секерж-Зенькович, кандидаты физ.-мат. наук З.К. Григораш, Т.Я. Секерж-Зенькович, А.С. Ставровский, П.Н. Успенский, Л.Г. Лебедкина и др. После перевода института в Севастополь в отделе гидрологии в 1968 г. была создана группа сотрудников, занимавшихся волновыми исследованиями. Впоследствии она была реорганизована в структурное подразделение – отдел теории волн. С 1975 г. его возглавлял член-корреспондент НАН Украины Л.В. Черкесов. С 2016 г. руководит отделом доктор физико-математических наук С.Г. Демышев.

Основные направления работ отдела

  • Исследование свободных и вынужденных волн в однородной и стратифицированной жидкости.

  • Расчет и анализ динамических и энергетических характеристик мезо- и субмезомасштабных вихрей, струйных течений и фронтов в циркуляции Черного моря. Изучение возможных механизмов их формирования.

  • Исследование глубоководной динамики Черного моря, построенной на основе гидродинамической модели в сопоставлении с данными измерений.

  • Реконструкция и анализ мелкомасштабных особенностей циркуляции в прибрежной области Черного моря на основе четырехмерного алгоритма усвоения данных наблюдений в численной модели динамики.

  • Исследование структуры гидрофизических и энергетических полей в прибрежной и глубоководной областях Мраморного моря на основе обработки доступных данных наблюдений и численного моделирования.

  • Решение обратных задач распространения примесей различного типа в Черном море.

Состав отдела

В отделе работают 10 сотрудников следующих должностей:

  • 1 главный научный сотрудник, д.ф.-м.н.;

  • 1 старший научный сотрудник, к.ф.-м.н.;

  • 1 научный сотрудник, к.ф.-м.н.;

  • 5 младших научных сотрудников, без степени;

  • 1 старший инженер-программист;

  • 1 техник.

Заведующий отделом: доктор физико-математических наук Сергей Германович Демышев.

Наиболее значимые результаты работ

  1. Для прибрежной зоны Черного моря адаптирован программный комплекс для обработки данных гидрологических съемок, который позволяет восстанавливать непрерывную пространственно-временную картину циркуляции и изменчивость термохалинных характеристик. Обработан ряд полигонных съемок на основе гидродинамической модели с ассимиляцией данных гидрологических наблюдений, что позволило более точно описать мезо- и субмезомасштабные особенности гидрофизических полей (вихри, струи, фронтальные зоны, области подъема и опускания вод).

  2. При улучшении пространственного разрешения до несколько сот метров и учете тонкую структуру рельефа дна и орографию береговой черты в численной модели получено более точное количественное и качественное воспроизведение мезо- и субмезомасштабных прибрежных вихрей и струй. На основе численных прогностических экспериментов с разрешением 350м, 500м, 1.6 км и учетом реального атмосферного воздействия рассчитаны мезомасштабные и субмезомасштабные особенности циркуляции на северо-западном шельфе, около Южного берега Крыма (ЮБК), у Кавказского и Анатолийского побережий.

  3. При сопоставлении полей скоростей течений и полей пространственного распределения компонентов бюджета энергии установлены основные механизмы генерации прибрежных мезомасштабных и субмезомасштабных вихрей в Черном море: 1) горизонтальный сдвиг скорости, возникающий в результате отрицательной работы силы ветра и/или в результате влияния на прибрежные течения неоднородностей береговой черты (ЮБК, Кавказское и Анатолийское побережье); 2) бароклинная неустойчивость, возникающая в результате интенсификации работы силы плавучести ЮБК и северо - западного шельфа (СЗШ); 3) изменение давления над топографическими особенностями рельефа дна (СЗШ).

  4. Получены качественные и количественные оценки особенностей глубоководной циркуляции Черного моря для различных лет (2006, 2010, 2011 и 2013 гг.). Выполнена валидация результатов численных экспериментов с использованием данных натурных наблюдений по температуре и солености (судовые измерения, буи ARGO). Обнаружено квазипериодическое формирование синоптических и мезомасштабных течений и вихрей в нижних слоях моря.

  5. Длительный (20-летний) прогноз течений Мраморного моря без учета атмосферного влияния показал, что главные особенности его циркуляции формируются под влиянием проливов Босфор и Дарданеллы. По вертикали в поле плотности наблюдается четко выраженная двухслойная структура. В верхнем 20 - 25 метровом слое образуется S - образное струйное течение, которое разделяет два антициклоничских образования. При улучшении пространственного разрешения и учете атмосфреного воздействия на примере 2008 года показано, что в верхнем слое моря мезомасштабные вихри могут формироваться непосредственно под влиянием силы ветра и в результате бароклинной неустойчивости течений. На генерацию субмезомасштабных круговоротов в прибрежных районах основное влияние оказывают процессы бароклинной неустойчивости. В прибосфорском районе в результате втока менее плотных черноморских вод наблюдалось усиление горизонтальных градиентов в поле плотности и, как следствие, развитие процессов вихреобразования.

  6. В рамках теории длинных волн проведено исследование резонансных свойств системы севастопольских бухт. Задача решалась численно для бассейнов с реальной топографией и аналитически для модельных прямоугольных бассейнов постоянной и переменной глубины, имеющих параметры ряда севастопольских бухт. Во всех бухтах генерируются колебания с периодами 50 мин, 22 мин и 15,6 мин, соответствующие первым трем собственным периодам мод Севастопольской бухты.

  7. Построен модифицированный вариационный алгоритм идентификации параметров модели переноса. Реализация метода сопряженных уравнений для модели переноса пассивной примеси в Черном море с высокой степенью дискретизации позволила идентифицировать возможные источники загрязнения в районе Керченского пролива и Гераклейского полуострова.

Сотрудники отдела участвуют в научно-исследовательских работах Государственной программы развития науки и технологий РФ до 2020 года по проектам 0827-2019-0002 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений» (шифр «Оперативная океанология»), 0827-2019-0003 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования» (шифр «Океанологические процессы»), 0827-2019-0004 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей» (шифр «Прибрежные исследования»), а также проектах РФФИ.

Результаты работы отдела представляются сотрудниками на международных и всероссийских конференциях, публикуются в высокорейтинговых журналах, входящих в базы цитирования Web of Science и Scopus.

Перечень научных публикаций в изданиях, индексируемых в российских и международных информационно-аналитических системах научного цитирования (Web of Science и SCOPUS, РИНЦ)

  1. Demyshev S.G. The work of the main forces in the annual-averaged and seasonal-averaged energy balance of the Black Sea circulation // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – V.1128 (1). – 012141. DOI: 10.1088/1742-6596/1128/1/012141. (WoS)

  2. Demyshev S.G., Dymova O.A. Numerical analysis of the Black Sea currents and mesoscale eddies in 2006 and 2011 // Ocean Dynamics.  2018. – 68 (10). – P. 1335-1352. doi.org/10.1007/s10236-018-1200-6.(WoS)

  3. Demyshev S.G., Dymova O.A. Computing complex for modeling of the Black Sea state // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol.211(1). – 012082. doi:10.1088/1755-1315/211/1/012082 (WoS)

  4. Demyshev S.G., Evstigneeva N.A. Simulations of Hydrophysical Fields with High Spatial Resolution over the Northwestern Shelf of the Black Sea // Oceanology. – 2018. – Vol. 58, No. 2. P. 164–174. (WoS)

  5. Demyshev S., Evstigneeva N. (2018) Reconstruction of Hydrophysical Fields in the Coastal Region of the Black Sea on the Basis of Hydrodynamic Model with Assimilation of Observational Data. In: Karev V., Klimov D., Pokazeev K. (eds) Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes. PMMEEP 2017. Springer Geology. Springer, Cham. P. 138-147 https://doi.org/10.1007/978-3-319-77788-7_15. (SCOPUS)

  6. Demyshev S.G., Kochergin V.S. and Kochergin S.V. Using the Variational Approach and Adjoint Equations Method Under the Identification of the Input Parameter of the Passive Admixture Transport Model // Physical and Mathematical Modeling of Earth and Environment Processes - 3rd International Scientific School for Young Scientists, Ishlinskii Institute for Problems in Mechanics of Russian Academy of Science, Springer International Publishing AG, part of Springer Nature 2018, Chapter 7. P. 51 – 61. ISSN 2197-9545, ISBN 978-3-319-77787-0, https://doi.org/10.1007/978-3-319-77788-7 (WoS)

  7. Dymova O.A. Mesoscale variability of the Black Sea circulation by the simulation results in 2011 and 2016 // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol.1128(1). – 012143. 10.1088/1742-6596/1128/1/012143 (WoS)

  8. Kremenchutskii D.A., Dymova O.A., Batrakov G.F., Konovalov S.K. Numerical simulation of the intra-annual evolution of beryllium-7 (7Ве) in the surface layer of the Black Sea // Environmental Science and Pollution Research  2018. – Vol. 25(11). P. 11120-11127. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1269-y (WoS)

  9. Markova N.V. Variability of the Black Sea deep-water circulation based on hydrophysical reanalysis results / IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1128 (2018) 012145. DOI: 10.1088/1742-6596/1128/1/012145 (WoS)

  10. Демышев С.Г., Дымова О.А., Кочергин В.С., Кочергин С.В. Идентификация возможного загрязнения в Черном море на основе метода сопряженных уравнений на примере 2016 года // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой моря. – 2018. – №3. – С. 33 – 40. (РИНЦ)

  11. Дымова О.А., Кочергин В.С., Кочергин С.В. Идентификация местоположения возможного источника загрязнения в акватории Гераклейского полуострова на основе метода сопряженных уравнений // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества.  2018. – Т.15, № 3.  С. 72-77. (РИНЦ)

  12. Иванов В.А., Манилюк Ю.В., Санников В.Ф. Сейши в бассейне с открытым входом // Прикладная механика и техническая физика. 2018. Т. 59, № 4, с. 23 – 30. (WoS)

  13. Манилюк Ю.В. Сейши и тягун в Севастопольской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. – 2018. – Вып.3. – С. 4-12. (РИНЦ)

  14. Кочергин В.С., Кочергин С.В. Модифицированный вариационный алгоритм ассимиляции данных измерений в модели переноса пассивной примеси // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. – 2018. – №1. – С. 61-67 ISSN 1729-5459 (РИНЦ)

  15. Кочергин В.С., Кочергин С.В. Идентификация начального поля модели переноса и построение оптимальной схемы измерений // Экологическая безопасность прибрежных и шельфовых зон моря. – 2018. – Вып.1. – С. 58 – 63. ISSN 2413-5577 (РИНЦ)

  16. Кочергин В.С., Кочергин С.В. Анализ функций влияния начального поля концентрации примеси на уровень загрязнения в Таганрогском заливе // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. – 2018. – Т.15, №2. – С. 63-69 ISSN 1729-5459 https://doi.org/10.31429/vestnik-15-2-63-69 (РИНЦ)

  17. Кочергин В.С., Кочергин С.В. Реализация модифицированного вариационного алгоритма ассимиляции данных измерений в модели переноса пассивной примеси в Азовском море // Экологическая безопасность прибрежных и шельфовых зон моря. – 2018. – Вып.2. – С. 66 –73. ISSN 2413-55771. DOI: 10.22449/2413-5577-2018-2-66-73 (РИНЦ)

Участие отдела в грантах 2018 г.

  • № 18-05-00353 а «Исследование глубоководной циркуляции Черного моря на основе результатов мультимодельных численных экспериментов и данных натурных наблюдений» – отв. исп. Демышев С.Г.

  • № 18-45-920019 р_а «Исследование мезо- и субмезомасштабной изменчивости циркуляции вод в районе города Севастополя на основе ассимиляции данных наблюдений в численной модели динамики Черного моря» – отв. исп. Алексеев Д.В.

Контактная информация:

Отдел теории волн
ФГБУН ФИЦ МГИ,
2, Капитанская ул.
299011, Севастополь
Российская Федерация