Сотрудники Морского гидрофизического
института РАН совместно с коллегами из Института океанологии им. П.П. Ширшова
РАН, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого,
Московского физико-технического института и ряда других организаций впервые
детально описали мезомасштабный антициклонический вихрь в прикромочной ледовой
зоне северо-восточной части Карского моря. Работа опубликована в международном
журнале Frontiers in Marine
Sciences.
Арктика меняется быстрее, чем любой другой регион
планеты. Площадь морского льда неуклонно сокращается, прикромочная ледовая зона
— переходная полоса между сплошным ледяным покровом и открытой водой —
расширяется и становится всё более динамичной. Именно здесь атмосфера, океан и
лёд взаимодействуют особенно интенсивно, порождая вихревые структуры, способные
переносить тепло, пресную воду и питательные вещества на десятки километров.
Наблюдений за такими структурами в российских арктических морях до сих пор было
крайне мало.
«Такие вихри активно переносят холодную
распреснённую воду, влияют на таяние льдов и распределение планктона, но их
механизмы образования и характеристики почти не изучены. Полученные нами данные
уникальны и необходимы для улучшения климатических моделей. Чтобы точнее прогнозировать
скорость таяния льда и изменения арктических экосистем», — рассказывает Игорь
Козлов, руководитель лаборатории морских полярных исследований МГИ РАН,
кандидат физико-математических наук.
Для исследования был выбран метод подспутникового
эксперимента. Оперативные данные радарной съёмки со спутников позволяли в
режиме реального времени определять местоположение вихрей и корректировать курс
судна. С 30 июля по 4 августа 2024 года в ходе рейса российской национальной
программы «Плавучий университет» на научно-исследовательском судне «Профессор
Молчанов» учёные провели CTD-измерения температуры, солёности и плотности воды
внутри вихря и за его пределами, а также отобрали пробы фитопланктона.
Полученные данные были дополнены анализом спутниковых снимков в
радиолокационном, инфракрасном и видимом диапазонах, а для описания
вертикальной структуры и оценки угловой скорости вращения применялись элементы
теории эллипсоидальных вихрей.
«Мы впервые провели совместный анализ контактных
измерений и спутниковых данных в области существования мезомасштабного вихря в
прикромочной ледовой зоне на северо-востоке Карского моря», — отмечает Игорь
Козлов.
Вихрь был зафиксирован на спутниковых снимках
начиная с 29 июля 2024 года и прослеживался до 11 августа. Его средний радиус
составил около 12 км. Это нижняя граница размеров, характерных для
мезомасштабных вихрей в прикромочных зонах Арктики. За период наблюдений
структура сместилась на северо-восток на 22,8 км, а её площадь почти удвоилась.
Ядро вихря было сосредоточено в верхних 12,5 метрах водной толщи и содержало
около 4,9 км³ холодной распреснённой воды с отрицательными аномалиями
теплосодержания и солёности. Взаимодействуя с окружающими водными массами,
такой вихрь способен локально изменять их структуру и ускорять таяние льда.
Важным результатом исследования стало подтверждение
применимости теории эллипсоидальных вихрей к реальным арктическим наблюдениям:
теоретически рассчитанный угол поворота вихря (24–28 °) совпал с фактически
зафиксированным по спутниковым снимкам (26 °). Это означает, что аналитическая
теория способна описывать динамику реальных вихрей в прикромочной ледовой зоне
и может быть использована для их параметризации в численных моделях.
Биологические измерения выявили существенные различия
между водами внутри вихря и за его пределами. Первичная продукция фитопланктона
варьировалась от 45 до 110 мг углерода на м² в сутки, достигая максимума у
границы ядра — там, где поднятые изопикны выносят богатые питательными
веществами воды в освещённый слой. Видовой состав фитопланктона при этом
значимо не менялся.
Полученные количественные характеристики вихря
открывают возможности сразу в нескольких направлениях. Они могут использоваться
для верификации региональных и глобальных моделей высокого разрешения, а учёт
вихревой активности в прикромочной зоне способен повысить точность
краткосрочных прогнозов ледовой обстановки. Это важнейшие данные для навигации
по Северному морскому пути. Не менее значима и методическая сторона. Работа
показала, что оперативная корректировка маршрута судна по спутниковым данным
существенно повышает отдачу от дорогостоящих арктических экспедиций и может
стать стандартным подходом для будущих исследований в российских арктических
морях.
Исследование выполнено при поддержке Российской
национальной научно-образовательной программы «Плавучий университет»,
Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, государственных
заданий МГИ РАН и ИО РАН.
Источник: пресс-служба Минобрнауки России.