Анотація до роботи:

Алексеєв Д.В. Чисельне моделювання нестаціонарних течій, транспорту домішки та завислої речовини на північно-західному шельфі Чорного моря. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 04.00.22 – геофізика. – Морський гідрофізичний інститут НАН України, Севастополь, 2008.

Дисертація присвячена чисельному моделюванню динамічних процесів, які генеруються атмосферними циклонами на північно-західному шельфі Чорного моря. Вперше для даного регіону за штормових умов досліджено структуру нестаціонарних течій, а також надано оцінки їх впливу на розповсюдження забруднення та формування полів концентрації завислих дрібнодисперсних донних відкладів. Використовуються двовимірна та тривимірна чисельні моделі, які адаптовані до Чорноморського регіону. В рамках двовимірної моделі вивчено залежності напрямків переносу областей забруднень та швидкостей розсіювання домішки від траєкторій рухів циклонів. На основі тривимірної баротропної моделі розглянуто еволюцію полів швидкостей нестаціонарних течій та рівня моря з високим просторовим розділенням завдяки використанню процедури вкладених сіток. Досліджено залежності напрямку переносу, глибини проникнення та часу розсіювання забруднення від інтенсивності турбулентної дифузії та локальних особливостей полю течій в місцях розташування миттєвих або тривало діючих джерел. Визначено райони ерозії дна під час проходження атмосферних збурень, а також районі седиментації завислих донних відкладів. Знайдено зв’язок структури полів концентрації завислої речовини з місцезнаходженням районів ерозії.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню гідродинамічних процесів на північно-західному шельфі Чорного моря та аналізу їх впливу на транспорт пасивної домішки й завислих дрібнодисперсних донних відкладів при проходженні циклонів. Основні наукові результати дисертації можуть бути сформульовані наступним чином:

1. Вперше для північно-західного шельфу Чорного моря вивчено процеси формування нестаціонарних течій, переносу-дифузії пасивної домішки та ерозії-седиментації дрібнодисперсних донних відкладів в штормових умовах, які пов’язані з проходженням циклонів. Проаналізовано зв’язок структури полів концентрації домішки та завислих донних відкладів з полями приводного вітру та швидкостями течій.

2. В рамках теорії мілкої води отримано оцінки впливу нестаціонарних течій на перенос та розсіювання пасивної домішки від миттєвого джерела, розташованого в районі Каркінітської затоки. У випадку рухів циклонів з півдня на північ область забруднення зміщується на північний захід, що відображає перевагу циклонічного напрямку в полі швидкостей течій. Цей ефект проявляється найбільш сильно, коли траєкторія центру циклону проходить західніше місця викиду.

3. З використанням тривимірної баротропної гідродинамічної моделі досліджено еволюцію поля рівня моря та полів швидкості нестаціонарних течій, які генеруються циклоном, що переміщується з заходу на схід. Показано, що проходження атмосферного збурення супроводжується виникненням областей підйомів та опускань рівня моря, які досягають 0,4 м у відкритій частині акваторії й 0,9 м в затоках та естуаріях. Поля швидкостей нестаціонарних течій тричі перебудовуються у відповідності з полями вітру в передній, центральній та тиловій частинах циклону.

4. На основі сумісного застосування тривимірної гідродинамічної моделі та блоку транспорту пасивної домішки проаналізовано особливості розповсюдження забруднення в залежності від інтенсивності дифузійних процесів та локальної структури поля нестаціонарних течій в місці розташування миттєвого поверхневого джерела. Встановлено, що посилення вертикальної дифузії суттєво скорочує час розсіювання домішки й в меншій мірі збільшує глибину її проникнення. Локальні особливості поля течій в місці викиду призводять до різних форм траєкторій плям домішки та в однаковій мірі впливають на зміну часу розсіювання забруднення й глибину його проникнення.

5. Для Одесько-Дніпровського регіону вивчено еволюцію просторового розподілення концентрації домішки від миттєвих та діючих тривалий час джерел в полі нестаціонарних течій. У випадку миттєвих джерел швидше всього розсіюється забруднення в Дніпро-Бузькому лимані, проникаючи на мінімальну глибину. Довше всього забруднення спостерігається в районі Одеської банки, а глибше всього воно проникає в Одеській затоці. У випадку джерел, що діють тривалий час, в районі Одеської затоки та Одеської банки після виходу циклону області забруднення виявляються витягнутими на південний схід. В Дніпро-Бузькому лимані домішка розповсюджується по всієї його ширині.

6. За допомогою тривимірної гідродинамічної моделі, доповненою блоком транспорту дрібнодисперсних донних відкладів, досліджено процеси ерозії-седиментації при проходженні циклонів над Чорним морем з різними швидкостями по типових для даного регіону траєкторіях. Найбільшу кількість енергії водному середовищу передають атмосферні збурення, які рухаються з заходу на схід. Внаслідок цього вони викликають найбільш інтенсивну ерозію дна. Кількість енергії, що передається циклонами, які рухаються на південний схід та північний схід, практично однакова.

7. Ерозії в усіх розглянутих випадках підлягають області дна поблизу західного узбережжя, вздовж Тендровської коси, біля острова Джарилгач, в районі Одеської та Бакальської банок та в Дніпро-Бузькому лимані. В районах з глибинами 40–50 м перехід донних відкладів в завислий стан відбувається при русі циклонів в зональному напрямку зі швидкостями 5 та 15 м/с, а також при русі циклону на південний схід зі швидкістю 15 м/с. В центральних частинах областей ерозії запас донних відкладів в процесі переміщення атмосферних утворень суттєво вичерпується. Його накопичення після залишення циклонами акваторії моря відбувається біля границь областей ерозії, через які здійснювався перенос завислої речовини нестаціонарними течіями.