Исследование мезомасштабного вихря в Карском море

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.