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

  • Численный анализ структуры циркуляции Черного моря, механизмов вихреобразования и мезомасштабной изменчивости, энергетики циркуляции.

  • 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 сейшевых и сгонно-нагонных колебаний на основе современных численных гидродинамических моделей.

  • 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 ведущий научный сотрудник, к.ф.-м.н.;

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

  • 2 научный сотрудник, к.ф.-м.н.;

  • 2 младших научных сотрудников, без степени;

  • 1 старший инженер-программист;

  • 1 старший инженер-исследователь;

  • 1 техник.

Сотрудники отдела

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

Сергей Германович Демышев

Наиболее значимые результаты работ

  1. По результатам численных экспериментов, выполненных с использованием модели циркуляции Морского гидрофизического института с высоким пространственным разрешением выполнен анализ качества реконструированных термогидродинамических полей Черного моря, полученных при различных параметрах модели МГИ. На основе точных уравнений бюджета кинетической и доступной потенциальной энергии рассчитаны и проанализированы интегральные и мгновенные динамические и энергетические характеристики циркуляции вод Черного моря. Изучена среднегодовая и сезонная изменчивость компонентов бюджета кинетической и потенциальной энергии. Исследованы некоторые механизмы формирования мезомасштабных вихрей в прибрежных районах Черного моря. Показано, что в зависимости от величины вклада ветра в кинетическую энергию зимой реализуются два режима общей циркуляции Черного моря. Анализ циркуляции Черного моря и вихревой энергетики позволил сделать вывод, что при интенсивных прибрежных течениях образование и развитие прибрежных мезомасштабных вихрей связано с баротропной неустойчивостью; при слабых прибрежных течениях вклады баротропной и бароклинной неустойчивости в генерацию и эволюцию вихрей соизмеримы.

  2. 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).

  3. 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.

  4. 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).

  5. 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.

  6. Получены резонансные характеристики длинноволновых колебаний для систем Севастопольских и Сахалинских бухт. Проведена оценка влияния резонанса Праудмена на усиление сгонно-нагонных колебаний в Азовском море.

  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.

Проекты и гранты, в которых участвуют сотрудники отдела

  • Государственное задание, проект FNNN-2024-0001 «Фундаментальные исследования процессов, определяющих потоки вещества и энергии в морской среде и на ее границах, состояние и эволюцию физической и биогеохимической структуры морских систем в современных условиях» (шифр «Океанологические процессы»);

  • Государственное задание, проект FNNN-2024-0012 «Анализ, диагноз и оперативный прогноз состояния гидрофизических и гидрохимических полей морских акваторий на основе математического моделирования с использованием данных дистанционных и контактных методов измерений» (шифр «Оперативная океанология»)

  • Государственное задание, проект FNNN-2024-0016 «Исследование пространственно-временной изменчивости океанологических процессов в береговой, прибрежной и шельфовой зонах Черного моря под воздействием природных и антропогенных факторов на основе контактных измерений и математического моделирования» (Шифр «Прибрежные исследования»)

  • грант РНФ № 22-77-10056 «Бериллий-7 в водах Черного моря: пространственно-временная изменчивость и процессы, ее определяющие» (2023-2025);

  • грант РНФ № 22-17-00150 «Механизмы и гидрофизические особенности вертикального перемешивания в однородных и стратифицированных слоях моря» (2022-2024);

  • грант РНФ № 23-27-00141 «Дискретная модель трехмерных бароклинных течений, обладающая нелинейными инвариантами, и анализ ее свойств на основе численных экспериментов» (2023-2024);

  • грант РНФ № 24-27-20076 «Исследование резонансных колебаний уровня моря в Севастопольских бухтах на основе численного моделирования и прямых измерений колебаний уровня моря в Севастопольских бухтах на основе численного моделирования и прямых измерений" (2024-2025).

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. Finite-Difference Approximation of the Potential Vorticity Equation for a Stratified Incompressible Fluid and an Example of its Application for Modeling the Black Sea Circulation. Part I. Finite-Difference Equation of Potential Vorticity of Ideal Fluid // Physical Oceanography. 2024. V. 31(2), pp. 149-160.

  2. Demyshev S.G. Finite-Difference Approximation of the Potential Vorticity Equation for a Stratified Incompressible Fluid and an Example of its Application for Modeling the Black Sea Circulation. Part II. Discrete Equation of Potential Vorticity in a Quasi-Static Approximation and an Example of its Application for Simulation the Black Sea Circulation in 2011 // Physical Oceanography. 2024. V. 31(3), pp. 319-335.

  3. Demyshev S.G., Dymova O.A. Modeling Black Sea Circulation Using Heat and Salt Advection–Diffusion Equations with Discrete Nonlinear Invariants // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2024. V. 60 (2), pp. 195–209. DOI: 10.1134/S0001433824700130.

  4. Natalia Evstigneeva, Olga Dymova Analysis of Current Fields and Beryllium-7 Concentration in the Shore Area of the Southern Coast of Crimea in the Summer of 2016 According to the Modeling Results // Proceedings of the 9th International Conference on Physical and Mathematical Modelling of Earth and Environmental Processes, Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. 2024. pp. 11 - 22. https://doi.org/10.1007/978-3-031-54589-4_2.

  5. Manilyuk Yu.V., Fomin V.V, Yurovsky Yu.Yu., Bagaev A.V. Sea Level Oscillations Spectra of a Shallow Coastal Bay: Cost-Effective Measurements and Numerical Modelling in Kruglaya Bay // Regional Studies in Marine Science. 2024. V. 69, 103326, https://doi.org/10.1016/j.rsma.2023.103326

  6. Manilyuk Yu., V., Fomin V.V. Studying Amplification of the Surge Fluctuations in the Level of the Sea of Azov Based on Mathematical Modeling // Russian Meteorology and Hydrology. 2024. V. 49, No. 11, pp. 975–984. DOI: 10.3103/S1068373924110050.

  7. Kovalev D.P., Manilyuk Yu.V. and Kovalev, P.D Sea Level Oscillations in the Adjacent Bays Trade Port and Kholmsk-Severny (Sakhalin Island) // Physical Oceanography. 2024. V. 31(3), pp. 409-426.

  8. Demyshev S.G. Nonlinear Invariants of a Discrete System of the Sea Dynamics Equations in a Quasi-Static Approximation // Physical Oceanography. 2023. V. 30(5), pp. 523-548.

  9. Demyshev S.G., Evstigneeva N.A. Analysis of the Features of Water Circulation in the Northern Part of the Black Sea for Different Seasons on the Basis of the Results of Numerical Modeling with the Assimilation of the Data of Hydrological Surveys in 2016. // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2023. V. 59, pp. 559–571. https://doi.org/10.1134/S0001433823050043

  10. Demyshev S.G., Dymova O.A. and Markova N.V. Mechanisms of Variability of the Black and Marmara Seas Circulation Based on Numerical Energy Analysis // Physical Oceanography. 2023. V. 30(6), pp. 851-865.

  11. Markova N.V., Dymova O.A. Conditions of Deep-Water Undercurrent Generation in the North-Eastern Black Sea // Fluid Dynamics. 2023. V. 58(5). pp. 852-863. DOI: 10.1134/S0015462823600591.

  12. Demyshev S.; Dymova O. Analysis of the annual mean energy cycle of the Black Sea circulation for the climatic, basin-scale and eddy regimes // Ocean Dynamics. 2022. V. 72, pp. 259–278. Doi: 10.1007/s10236-022-01504-0.

  13. Demyshev S., Dymova O., Miklashevskaya N. Seasonal Variability of the Dynamics and Energy Transport in the Black Sea by Simulation Data // Water. 2022. V. 14(3): 338. https://www.mdpi.com/2073-4441/14/3/338. Doi: 3390/w14030338.

  14. Demyshev S.G., Dymova O.A., Markova N.V., Korshenko E.A., Senderov M.V., Turko N.A., Ushakov K.V. Undercurrents in the northeastern Black sea detected on the basis of multi-model experiments and observations // Journal of Marine Science and Engineering. 2021. V. 9(9), 933. DOI: 10.3390/jmse9090933

  15. Markova N.V., Belokopytov V.N., Dymova O.A., Miklashevskaya N.A. Assessment of the Black Sea temperature and salinity climatic fields for the recent climatological period (1991–2020) // Physical Oceanography. 2021. V. 28(4). pp. 392–403. DOI: 10.22449/1573-160X-2021-4-392-403

  16. Manilyuk Yu.V., Lazorenko D.I., Fomin V.V. Seiche Oscillations in the System of Sevastopol Bays // Water Resources. 2021 V. 48 (5), pp. 726–736. DOI: 10.1134/S0097807821050122

  17. Demyshev S.G., Evstigneeva N.A., Alekseev D.V., Dymova O.A. and Miklashevskaya N.A. Analysis of the Dynamic and Energy Characteristics of Water Circulation near the Western Crimea Coast and in the Sevastopol Region Based on the Observational Data Assimilation in the Numerical Model of the Black Sea Dynamics // Physical Oceanography. 2021. V. 28(1). pp. 20-36. doi:10.22449/1573-160X-2021-1-20-36.

Контактная информация

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