№ 3 (2024)

Вторжения холодных воздушных масс в атмосферу над Черным морем зимой являются причиной интенсивного выхолаживания поверхностного слоя вод и способствуют формированию и развитию холодного промежуточного слоя. Хотя такие вторжения относительно редки, в зимние периоды они регулярно повторяются. Статья посвящена исследованию характеристик вероятности холодных вторжений в атмосферу Черноморского региона. Исследованы ряды суточных ветровых данных, а также данных о потоках явного и скрытого тепла и температуре моря зимой в различных точках на западе и востоке северной и центральной частей Черного моря. Выделены случаи вторжения холодных масс воздуха, характеризующиеся сильными ветрами северного направления. Рассмотрены статистические параметры ветров в характерных для ветра северо-западного, северного и северо-восточного направления точках в открытой центральной части моря и в прибрежной северо-западной и северо-восточной областях. Для морских точек построены розы ветров и графики кумулятивных распределений, позволившие определить периоды повторяемости сильных ветров северного направления в зимний период. Выявлена прямая зависимость величины потоков тепла с поверхности моря от скорости северного ветра в зимний период. Показано охлаждение морской воды как результат холодного вторжения для случая 2012 г. на примере полей понижения температуры моря на поверхности и на глубине 50 м.

На основе численного моделирования изучается пространственно-временное распределение потоков CO₂ через свободную поверхность Черного моря. Основным уравнением для решения этой задачи является трехмерное эволюционное уравнение переноса – диффузии для концентрации растворенного неорганического углерода. При моделировании в качестве входных параметров используются гидродинамические поля, являющиеся результатом проведенного ранее физического реанализа. Для описания влияния биологических факторов на распределение растворенного углекислого газа используется модель нижнего уровня пищевой цепи экосистемы Черного моря. По результатам численного моделирования были рассчитаны концентрация и равновесное парциальное давление растворенного углекислого газа в поверхностном слое Черного моря. Показано, что зависимость от времени этих величин носит выраженный сезонный характер. На растворимость углекислого газа и, следовательно, на его потоки существенно влияет температура морской воды. Осредненное по площади Черного моря равновесное парциальное давление углекислого газа минимально в январе – феврале и максимально в июне – июле. Соответственно в теплый сезон поток углекислого газа направлен преимущественно из моря в атмосферу, в холодный сезон море в основном поглощает углекислый газ. На содержание CO₂ в море влияют также биологические факторы. Так, в начале года почти по всей акватории Черного моря наблюдается высокая концентрация фитопланктона, из-за чего преобладает поглощение углекислого газа в процессе фотосинтеза. Летом преобладает выделение углекислого газа вследствие дыхания планктона и окисления органического вещества. Результаты моделирования достаточно хорошо согласуются с натурными измерениями равновесного парциального давления растворенного углекислого газа, полученными в ходе научных рейсов.

Аккумулятивные морские береговые формы Азово-Черноморского бассейна являются ключевым элементом береговых абразионно-аккумулятивных геосистем и ценным хозяйственным ресурсом. Мониторинг динамики аккумулятивных форм региона является необходимой составляющей успешного управления береговой зоной и своевременного принятия мер по защите берегов. Цель работы – определение качественных и количественных характеристик трансформации пересыпи оз. Богайлы под действием штормов, в частности экстремального шторма 26–27 ноября 2023 г. Использованы материалы многолетних мониторинговых наблюдений, спутниковые снимки, результаты математического моделирования гидрологических процессов, литературные и архивные источники. Установлено, что в последние 60 лет наблюдались значительные изменения конфигурации и рельефа изучаемой аккумулятивной формы. Отмечены периоды, когда морфологические и динамические особенности аккумулятивной формы не претерпевали принципиальных изменений, и периоды ее значительной трансформации. В частности, во время шторма 26–27 ноября 2023 г. конфигурация и рельеф пересыпи оз. Богайлы были значительно изменены. Выявлены характерные черты динамики аккумулятивной формы в ходе шторма. Произошло смещение аккумулятивного тела в акваторию озера, величина этого смещения существенно превысила величину отступания прилегающих коренных берегов. Преобразована существовавшая несколько десятилетий продольная и поперечная структура в пределах пересыпи. Сделан вывод, что экстремальные по тем или иным характеристикам штормы играют определяющую роль в изменчивости береговых аккумулятивных форм региона.

Искусственные пляжи являются одним из наиболее эффективных методов защиты берегов и гидротехнических сооружений в условиях дефицита естественного пляжеобразующего материала. В статье на примере района берега пгт Коктебель (г. Феодосия, Крым) исследуется изменение ширины зон размыва искусственного галечного пляжа, расположенного перед отвесной бетонной гидротехнической стенкой, под воздействием экстремальных штормов. На основе данных реанализа ветрового волнения, полученных с использованием спектральной модели SWAN и полей приземного ветра ERA-Interim и ERA5 за 1979–2020 гг., проведены расчеты индекса мощности шторма в центральной части бухты Коктебель. Выделено 146 штормовых ситуаций с продолжительностью не менее 12 ч. Проанализировано три наиболее экстремальных шторма: по индексу мощности (660 м²×ч) – шторм 26–29 января 1988 г.; по средней высоте значительных волн (3.6 м) – шторм 10–11 ноября 2007 г.; по длительности (95 ч) – шторм 25–29 сентября 2017 г. Для первого и второго штормов на основе одномерного варианта численной модели XBeach (eXtreme Beach behavior) рассчитаны штормовые деформации профиля искусственного, прислоненного к отвесной бетонной стенке галечного пляжа. Показано, что под воздействием штормового волнения крутизна берега в районе уреза постепенно меняется и происходит сползание материала с приурезовой части пляжа вниз по подводному склону. Это приводит к локальному уменьшению глубины у берега. Установлено, что ширина зоны размыва подводной части пляжа в три раза больше надводной. Наиболее значительные деформации профиля пляжа происходят в первые 6 часов действия штормов, далее скорость деформации снижается. Отступание береговой линии под воздействием экстремального шторма для исследуемого района может достигать 10 м. При средней крупности пляжеобразующего материала 30 мм для береговой зоны бухты Коктебель пляжи шириной 20 м и более могут полностью гасить энергию волнения экстремальных штормов и в достаточной мере выполнять защитные функции.

В 2022–2023 гг. в водной экосистеме Северо-Крымского канала, орошаемых почвах вдоль него и выращиваемых поливных сельскохозяйственных культурах были определены концентрации микроэлементов Be, V, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Mo, Cd, Sb, Tl, Pb, Ag. Содержание всех изучаемых элементов определяли в их кислотных концентратах и минерализатах в соответствии с ГОСТ Р 56219-2014 методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на масс-спектрометре PlasmaQuant MS Elite (AnalytikJena, Германия) на базе НО ЦКП «Спектрометрия и хроматография» ФИЦ ИнБЮМ. Концентрации тяжелых металлов и микроэлементов в водной экосистеме Северо-Крымского канала были безопасны для использования днепровской воды в качестве питьевой, а также для других хозяйственных нужд Крыма. Максимальное относительное увеличение пула микроэлементов вследствие орошения полей днепровской водой было определено для Mo (до 0.1 %), а также для Zn, Sb и Pb (не более 0.04 %), что не может существенно влиять на экологическое состояние орошаемых земель. В почвах как рисовых и пшеничных полей, так и целинных земель наблюдалось систематическое превышение предельно допустимой концентрации Cd для почв сельхозугодий (до 230 %). В культурах риса и пшеницы обнаружено превышение максимально допустимых уровней содержания Fe, Ni, Cd, As для зерна и зернофуража. В колосе пшеницы максимально допустимые уровни Fe были превышены на 24 %, Ni – на 110 %, As – на 70 %. В зерне риса были превышены предельно допустимые концентрации для продуктов питания Cu (на 29 %), Cd (на 150 %) и Pb (на 438 %), а в зерне пшеницы – Cd (на 360 %) и Pb (на 300 %). Выявлено, что незначительные количества микроэлементов, приносимые с днепровской водой по Северо-Крымскому каналу, не могут оказать ощутимого эффекта на орошаемые сельхозугодья Крыма. Обнаруженные превышения предельно допустимых концентраций и максимально допустимых уровней микроэлементов в почвах и сельскохозяйственных культурах обусловлены, вероятно, деятельностью промышленных предприятий на севере полуострова.