Лаборатория гидрологии и гидрохимии

Научный руководитель:
Матишов Геннадий Григорьевич
Научный руководитель ЮНЦ РАН, академик РАН
(863) 266-64-26 (226)
matishov_ssc-ras@ssc-ras.ru
 

Работа лаборатории гидрологии и гидрохимии направлена на выявление и изучение ключевых функциональных взаимосвязей абиотических составляющих водных и наземных экосистем, а также факторов их изменения.
 
Основные направления исследований:
 
- Изучение состояния и динамики морских, пресноводных и наземных экосистем аридных и семиаридных территорий юга Европейской части России;
- Реконструкция и прогноз климатических и геоэкологических изменений природной среды, разработка научных основ экологической безопасности и устойчивого развития региона.
- Развитие инновационной системной методологии решения проблемы устойчивого природопользования на Юге России в пределах крупных природно-технических систем в условиях изменений климата. 

Государственное задание
Современное состояние и многолетняя изменчивость прибрежных экосистем южных морей России, № госрегистрации: 01201363187, руководитель: к.б.н. Шохин И.В., ответственные исполнители: к.г.н. Клещенков А.В., к.б.н. Булышева Н.И.
Морские биогеосистемы юга России и их водосборы в условиях аридного климата, хозяйственного освоения и современных геополитических вызовов, № госрегистрации: АААА-А18-118122790121-5, руководитель: академик Г.Г. Матишов, отв. исп. к.б.н. Шохин И.В., к.б.н. Степаньян О.В., к.г.н. Клещенков А.В.
 
Программы фундаментальных исследований Президиума РАН
 
Проект "Анализ кризисных явлений в Азово-Черноморском и Каспийском бассейнах (водные и рыбные ресурсы, опасные природные явления)", № госгрегистрации: AAAA-A18-118011990324-5, научный руководитель: академик Матишов Г.Г., ответственный исполнитель: к.г.н. Клещенков А.В.
 Проект "Сохранение природно-ресурсного потенциала экологически уязвимых районов юга России в условиях климатических и техногенных вызовов", № госгрегистрации: AAAA-A18-118011990300-9, руководитель: к.б.н. Стахеев В.В., ответственный исполнитель: к.т.н. Архипова О.Е.
Проект «Исследование трансформации гидрологического режима Азовского моря и отклика донной биоты на его изменения в конце ХХ – начале ХХI века» АААА-А18-118011990307-8 научный руководитель: академик Матишов Г.Г., ответственный исполнитель: к.г.н. Клещенков А.В.
Проект «Природно-ресурсный и природно-экологический потенциал морского природопользования как одно из условия диверсификации экономики регионов Юга России» научный руководитель член-корр. Д.Г. Матишов, отв. исп. Булышева Н.И., Набоженко М.В. в рамках Программы фундаментальных исследований ОНЗ РАН №12 «Эколого-географические условия и ограничения природопользования для диверсификации экономики России и ее регионов».
 
ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы"
2014-2015 гг. – Проект «Разработка компьютерной системы оперативного прогнозирования опасных природных явлений в бассейне, береговой зоне и акватории Азовского моря» Соглашение № 14.604.21.0050 от «23» июня 2014 г. руководитель: д.г.н. Бердников С.В., ответственный исполнитель: к.т.н. Кулыгин В.В.
2014-2016 гг. – Проект «Разработка методов и создание экспериментального образца биотехнической системы мониторинга шельфовых зон морей западной Арктики и Юга России, в том числе в районе Крымского полуострова на основе спутниковых и контактных данных» Соглашение № 14.607.21.0059 от «22» сентября 2014 г. руководитель: академик Матишов Г.Г., ответственный исполнитель: д.г.н. Бердников С.В.
 
Гранты РФФИ
2018-2020 гг. - № 18-05-80010 «Опасные явления» Исследование и прогноз опасных гидрометеорологических и геолого-геоморфологических процессов в районах функционирования стратегических объектов на Азово-Черноморском побережье (исторические и современные аспекты), руководитель: д.б.н. Титов В.В.
2018-2020 гг. - № 18-29-05078  Изучение воздействия организмов-деструкторов на металлы в зоне смешения речных и морских вод в широком диапазоне гидроклиматических условий, руководитель: академик Матишов Г.Г.
2018-2019 гг. - № 18-35-00441 мол_а Выявление вклада нагонных явлений в поступление тяжёлых металлов в дельту Дона, руководитель: Шевердяев И.В.
2017-2019 гг. - № 17-05-41145 РГО_а Изучение трансформации среды и биоты Цимлянского водохранилища и Нижнего Дона в условиях изменения климата, (№ госрегистрации: АААА-А17-117022810193-9), научный руководитель: академик Матишов Г.Г., ответственный исполнитель: к.г.н. Клещенков А.В.
2013-2015 гг. - № 13-05-41528 РГО_а Интегральная оценка эколого-геохимического состояния аквальных систем устьевой области Дона (№ госрегистрации 01201368543), руководитель: чл.-корр. РАН Матишов Д.Г., ответственный исполнитель: к.г.н. Сорокина В.В.

Монографии
Матишов Г.Г., Клещенков А.В. Кубанский паводковый кризис. Климат, геоморфология, прогноз. Крымск, июль 2012 г. – Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2012. – 116 с.
Экологический атлас Азовского моря. / Гл. ред. академик Г.Г. Матишов; отв. редакторы Н.И. Голубева, В.В. Сорокина. – Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2011. – 328 с.
 
Публикации в журналах
 
2018
Ильичев В.Г., Ильичева О.А. Пространственная адаптацця популяций ив моделях экологии  // Биофизика, 2018. Т. 63. № 2. С. 373–381. ПЕРЕВОД: V.G. Il’ichev, O.A. Il’icheva, Spatial Adaptation of Populatios in Ecological Models // Biophysics. 2018. Vol. 63. No. 2. P. 137–144. DOI: 10.1134/S0006350918020112
Matishov G.G., Grigorenko K.S. Water scaecity and Role of Groundwater in Salinization of the Don Avandelta. // Doklady Earth Sciences. 2018. Vol. 483. Part 2 pp. 1528-1533. DOI: 10.1134/S1028334X18120073.
Инжебейкин Ю.И. Особенности формирования вертикальной структуры вод на северо-восточном шельфе Черного моря весной и летом 2007 г. // Наука Юга России. 2018 Т. 14 № 1 С. 71–80. DOI: 10.23885/2500-0640-2018-14-1-71-80
Матишов Г.Г., Клещенков А.В., Григоренко К.С., Московец А.Ю.,  Кириллова Е.Э. Изменение водного баланса в бассейне Нижнего Дона в условиях маловодья // Наука Юга России. 2018. Т. 14. № 3. С. 45-55. DOI: 10.7868/S25000640180306
Григоренко К.С., Хартиев С.М., Соловьев А.Н., Соловьева А.А. Сезонный ход параметров стратификации плотности в Черном море по данным экспедиционных съемок ЮНЦ РАН в 2011 г. // Экология, экономика, информатика. Сборник статей. Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. – Ростов-на-Дону Издательство ЮНЦ РАН, 2018. С. 158-163. DOI: 10.23885/2500-395x-2018-1-3-158-163
Булышева Н.И., Клещенков А.В. Макрозообентос прибрежной зоны Цимлянского водохранилища // Экология, экономика, информатика. Сборник статей. Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. – Ростов-на-Дону Издательство ЮНЦ РАН, 2018. С. 141-145. DOI: 10.23885/2500-395x-2018-1-3-141-145
Инжебейкин Ю.И. О мелкомасштабной изменчивости гидрологических элементов в Азовском море. // Экология, экономика, информатика. Сборник статей. Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. – Ростов-на-Дону Издательство ЮНЦ РАН, 2018. С. 52-56. DOI: 10.23885/2500-395x-2018-1-3-52-56
Кренева К.В., Филатова Т.Б., Клещенков А.В., Коршун А.М. Изменение гидролого-гидрохимических условий Таганрогского залива Азовского моря и их влияние на микрозоопланктон в зимний период // Научный альманах стран Причерноморья. 2018. Т. 13. № 1. С. 95–103. Change of hydrogen-hydrochemical conditions of Azov sea Taganrog gulf and their influence on microzooplankton in winter period.  DOI: 10.23947/2414-1143-2018-13-1-108-117
Чикин А.Л., Клещенков А.В., Чикина Л.Г. Численное исследование реакции термохалинной структуры Таганрогского залива Азовского моря на изменение ветровой ситуации с помощью математической модели // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Выпуск 3. 2018. С. 104-107. DOI:10.23885/2500-395x-2018-1-3-104-108 .
Kreneva K.V., Filatova T.B., Kleschenkov A.V., Korshun A.M.. Change Of Hydrogen-Hydrochemical Conditions Of Azov Sea Taganrog Gulf And Their Influence On Microzoplankton In Winter Period // Научный альманах стран Причерноморья. 2018. Том 13. № 1. С.95-103. DOI: 10.23947/2414-1143-2018-13-1-108-117
Ковалева Г.В., Григоренко К.С. Влияние биологических инвазий на фитопланктон таганрогского залива (в условиях повышения солености) // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Выпуск 3. 2018. С. 188-194. DOI: 10.23885/2500-395x-2018-1-3-188-195
Ильичев В.Г., Ильичева О.А. Водоем с заповедником: оптимальный промысел и эволюционная устойчивость // Экология. Экономика. Информатика.  Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. Выпуск 3, 2018. С. 48-51 .  DOI: 10.23885/2500-395x-2018-1-3-48-51
 
2017
Матишов Г.Г., Григоренко К.С.. Причины осолонения Таганрогского залива // Доклады Академии наук, 2017, Т. 477, №1, с. 92-96.
Чикин А.Л., Клещенков А.В., Чикина Л.Г., Коршун А.М. Сгонно-нагонные колебания уровня воды устьевой области Дона: численное моделирование и сценарии изменения  Наука Юга России. 2017. Т. 13. № 3. С. 39-49.
Матишов Г.Г.,. Григоренко К.С, Московец А.Ю. Механизмы осолонения Таганрогского залива в условиях экстремально низкого стока Дона. Наука юга России. 2017. Т.13. №1. С.35-43.
Varenik A., Filatova T., Kleschenkov A. Comparative analysis of biogenic elements in atmospherical condensation of  Black Sea Crimean coast and Rostov-on-Don in spring-summer period of 2016. Научный альманах стран Причерноморья. 2017. № 3 (11). С. 56-63. .
Filatova T.B. Expeditional hydrochemical researches of Black sea coastal zones and Kerch strait in 2007–2008 // Science almanac of Black Sea region countries.  http://science-almanac.ru/ru/ // Научный альманах стран Причерноморья. 2017. № 3 (11). С. 64-67. .
Ильичев В.Г., Кулыгин В.В.. Дашкевич Л.В. Потепление и возможные изменения в фитоценозах Азовского моря//  Прикладная и фундаментальная климатология, 2017, N 4.
Ильичев В.Г., Кулыгин В.В.. Дашкевич Л. В. Возможные изменения в фитоценозах Азовского моря при потеплении//Компьютерные исследования и моделирование, 2017, N 6.
2016
Сорокина В.В., Сойер В.Г. Сухие и мокрые атмосферные выпадения органического углерода на побережье и акваторию северо-восточной части Азовского моря // Океанология. 2016. Т. 56 № 5. С. 804-813.
Матишов Г.Г., Степаньян О.В., Харьковский В.М., Сойер В.Г. Нефтяное загрязнение морей растёт // Природа, №4, 2016. С64-69.
Хартиев С.М., Матишов Д.Г., Григоренко К.С. Условие существования квазипериодических нелинейных внутренних волн в шельфовой зоне океана. Доклады академии наук, 2016, том 470, № 5, с. 592–595
Матишов Г.Г., Степаньян О.В., Харьковский В.М., Старцев А.В., Булышева Н.И., Сёмин В.В., Сойер В.Г., Кренёва К.В., Глущенко Г.Ю., Свистунова Л.Д. Особенности водной экосисиемы Нижнего Дона в позднеосенний период. // Водные ресурсы, Т. 43, №6. С. 620-632.
Il’ichevV.G. Universal Stock Constans in Models Competition//Mathematical Models and Computer Simulations, 2016.Vol. 8, N 1. PP. 73-83.
Григоренко К.С., Московец А.Ю., Аршакян Г.Г., Мирко А.С. О взаимодействии пресных речных вод р. Дон и осолоненных вод Таганрогского залива Азовского моря. // Наука юга России (Вестник Южного научного центра). 2016. Т.12. №1. С. 102-106.
Панасюк Н.В., Алешина Е.Г. Накопление тяжелых металлов в моллюсках рода Pseudanodonta из Таганрогского залива и дельты Дона // «Вода: химия и экология» . 2016. № 02. С. 53-58.
Grigorenko K.S., Makarenko N.I., Morozov E.G., Tarakanov R.Yu., Stratified flows and internal waves in the Central West Atlantic // Journal of Physics: Conference Series 722 (2016) 012011
Ильичев В.Г., Ильичева О.А. Скрытые механизмы пространственной адаптации в дискретных моделях экологии//Сборник статей “Системный анализ и моделирование эконмических и экологических систем”, вып. 1. Ростов –на-Дону. ЮНЦ  РАН. 2016, С. 71-76.
Ильичева В.В., Ильичев В.Г. Батищев В.А. Внутренние цены и оптимальное распределение водных ресурсов реки//Сборник статей “Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем”, вып. 1. Ростов –на-Дону. ЮНЦ  РАН. 2016, С. 242-245.
Григоренко К.С., Хартиев С.М., Соловьев А.Н., Соловьева А.А.. Сезонная изменчивость вертикальной стратификации вод Черного моря по данным экспедиционных съемок ЮНЦ РАН. // Экология, экономика, информатика. Сборник статей: в 2 т. Т.1: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. – Ростов-на-Дону Издательство ЮНЦ РАН, 2015. Т.1. С. 44-49.
 
2015
Matishov G.G., Kleschenkov A.V., Sheverdyaev I.V. Disasterous Flashflood in the Western Caucasus in July 2012: Causes and Consequences // Water Resources. 2015. Vol.42, No 7. P. 932-943.
Григоренко К.С., Хартиев С.М., Соловьева А.А., Ермошкин А.В. Исследование кинематических характеристик внутренних волн в центральной Атлантике по данным CTD-профилирования // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2015.№ 1. С. 41-50.
Матишов Г.Г., Степаньян О.В., Григоренко К.С., Харьковский В.М., Поважный В.В., Польшин В.В., Сойер В.Г. Морские экспедиционные исследования на научно-исследовательских судах «Денеб» и «Профессор Панов» в 2013 г. // Океанология. 2015. №5. С. 861
Ильичев В.Г. Об универсальных константах запаса в моделях конкуренции // Математическое моделирование, 2015, том. 27, N 6, С. 81-98.
Матишов Г.Г., Степаньян О.В., Григоренко К.С., Харьковский В.М., Поважный В.В., Сойер В.Г. Особенности гидролого-гидрохимического режима Азовского и Черного морей в 2013 г. // Вестник Южного научного центра. 2015. №2. С. 36-44.
Инжебейкин Ю.И. Мелкомасштабная изменчивость термохалинной структуры верхнего перемешанного слоя северо-восточной части Черного моря // Вестник ЮНЦ РАН, 2015, т.11, №2, с. 46-52.
Ильичев В.Г., Дашкевич Л.В. Гидрохимический режим Азовского моря: компьютерные эксперименты // Природа, 2015, N 12,  C. 19-22.
Ильичев В.Г., Дашкевич Л. В., Кулыгин В.В. Эволюционно-устойчивые характеристики  Азовского моря при вариации Донского стока// Управление большими системами, 2015,  вып.55, С. 259-279.
 
Зарегистрированные РИД (2015 - 2019 гг.)
 Чикин А.Л., Третьякова И.А., Чикина Л.Г. Расчет сгонно-нагонных изменений уровня воды и зон затопления в дельте Дона на многопроцессорных вычислительных системах Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015661407 от 27.10.2015.

Исследовано многолетнее изменение термохалинной структуры Азовского и Черного морей, выявлены основные факторы таких изменений.

Рисунок 1 – Распределение поля солености в придонном горизонте Таганрогского залива в мае 2015 г.
 
Изучены основные особенности гидрохимического режима Азовского моря и дельты Дона, определены эффекты отклика гидрохимических характеристик на природные и антропогенные изменения.
 
На основе базы данных автоматических гидрометеорологических станций ЮНЦ РАН, расположенных в дельте Дона и на предустьевом взморье Таганрогского залива исследованы сезонные изменения режимов минерализации дельты Дона. По результатам анализа ионного состава установлено, что при сгонах в гирлах, соединяющих протоки дельт Дона и Кагальника растет доля подземного стока. Наиболее четко данный эффект проявляется в холодное время года. Ярко выраженная аномалия выделяется долговременным (более 500 часов) наличием слабосолоноватых вод. В отдельные моменты подо льдом, в зависимости от направления ветра и  объема речного стока, на постах наблюдений фиксировалась соленость воды до 4,5-5,1 ‰ и более.
В течение большей части года дельта и взморье до Очаковской косы заполнены пресной (0,5-0,9 ‰) водой. По мере развития нагонного течения (0,5-3 суток), в обстановке сильных и умеренных (10-20 м/с) юго-западных ветров в сторону дельты, клином направлена адвекция соленых черноморских вод. Непрерывными океанографическими измерениями установлено (Рис. 2), что во время низовок, когда глубина дна возрастает на 2-3 метра в половине случаев происходило замещение воды на слабосолоноватую (2 - 4‰) или солоноватую (4-8‰).

Рис.2 Распределение солености в дельте Дона в 2017–2018 гг.
Во все сезоны года ветры западных направлений в Азовском море сопровождаются подъемом уровня воды и закономерной миграцией проходных рыб на восток Таганрогского залива и донскую дельту. У морского края дельты штормовые (до 20-30 м/с) юго-западные ветры приводят к подъему уровня воды на 3-4 м. В ситуации обратной «низовки-черноморки» после длительного сгона воды возникают самые опасные разрушительные нагоны (март 2013 г., сентябрь 2014 г.).  Только ураганный юго-юго-западный ветер вдоль края взморья создает подпор донскому стоку и в считанные (2-3) часы заливается приморская зона донской дельты.
В отдельных ситуациях отмечается стратификация воды в виде резкого изменения солености в придонном слое ниже горизонта 1,5-2 м. Весной, даже при сильных западных ветрах, жидкий сток Дона в объеме 600-700 м³/с может способствовать нахождению на взморье пресной (0,5-1,9 ‰) воды. В зависимости от погоды имеют место аномалии и кратковременные скачки солености воды до 4,3-6,6 ‰ и больше.
С октября по апрель во время резких сгонов воды и предельно малых (0,5-2,0 м) глубинах морского дна формируется два типа водных масс. При слабых верховках и снижении уровня воды на 0,2-0,5 м распространена пресная (0,7-1,7 ‰) вода. Существует, в отдельных случаях, стратификация – питьевая (0,4-1,0 ‰) на поверхности и пресная (речная) (1,0-2,0 ‰) у дна.
Феномен существования слабосолоноватых (2,0-4,0 ‰) и солоноватых (4,0-8,0 ‰) вод наиболее заметен при экстремальных верховках (2015-2017 годы), когда уровень воды переходил в крайне низкое положение (на 1,5 м). Осенью 2016 г. зафиксированы крайне малые сбросы воды с Цимлянского водохранилища (180-300 м³/с). В результате чрезвычайных по продолжительности ветровых сгонов многие протоки дельты оказались отрезанными от Таганрогского залива.
Анализ величины солености в январе, феврале показывает, что в зимние месяцы 2017 и 2018 гг. наблюдаются более соленые воды, чем в другие сезоны. Ярко выраженная аномалия выделяется долговременным (более 500 часов) наличием слабосолоноватых вод. В отдельные моменты подо льдом, в зависимости от температуры воздуха, розы ветров, речного стока в 300-350 м³/с у ст. Раздорской, на постах наблюдений фиксировалась соленость воды до 4,5-5,1 ‰ и более.    
В течение последних 50-ти лет маловодье привело к заметному заилению Таганрогского залива и дельты Дона. При двух-трехнедельных восточных ветрах взморье (куты) осушаются на многие километры от берега, а обмелевшая авандельта сливается с плавнями островов. В таких ситуациях в изолированные впадины на осушенных кутах на дне проток и гирл по осушке стекают, в виде мелких ручьев, водотоки из ериков и малых рек (Мокрый Кагальник, Сухой Кагальник, Черепаший, Безымянный и другие). Их минерализация варьируется от 3,0 до 4,1 ‰ и более. Происходит процесс замещения пресной воды Дона солоноватыми грунтовыми водами из окружающей местности. Таким образом, во время сгонов из-за изменения источников питания – аномально повышается доля минерализованного подземного стока
 
Установлено, что с ростом водности Дона в 2017-2018 годах, тенденция увеличения минерализации вод р.Дон сменилась трендом на понижение. В 2018 году, характеризующимся высоким стоком весеннего половодья, произошло наиболее значительное понижение минерализации – в среднем на  40% по сравнению с экстремально маловодным 2015 годом.
 
Маловодье Дона 2007-2017 гг. сопровождалось повышением среднегодовой минерализации воды на интервале русла от Кочетовского гидроузла до устья Дона. Пониженный сток, достигший своего минимума в 2015 году и составивший 11,2 км³, обусловил значительный рост минерализации выше 1000 мг/л (Рис.3). Анализ фондовых данных и результатов экспедиционных исследований ЮНЦ РАН, позволили установить, что увеличение годового жидкого стока Дона и сокращение доли подземного питания в годовом распределении стока в 2016-2018 годах способствовало понижению среднегодовой минерализации воды с 1000-1200 мг/л в 2015 году до 580-760 мг/л в 2018 году. Вместе с тем, неизменным остается увеличение минерализации Дона при движении от Кочетовского гидроузла к устью, что свидетельствует о сохранении роли боковых притоков - Сала и Маныча в поступлении ионного стока.
 

 
Рис. 3 Межгодовая динамика минерализации воды Нижнего Дона
 
 

 
Рис. 4 Формирование аномального сгона воды в дельте Дона в условиях маловодья (2015-2016 гг.)

Рисунок 5 – Состав основных ионов в речных и морских водах.
 
 
Разработан комплекс математических моделей, описывающих сгонно-нагонные явления, адаптацию водорослей к факторам среды, сейшевые колебания уровня воды в Азовском море.
 
Предложено решение задачи прогноза поведения поля солености в восточной части Таганрогского залива и в устьевой области Дона во время нагонов.
 Данные, получаемые с помощью стандартных океанологических приборов (зондов, термосалинографов и т.д.) как правило, дают значения лишь в одной точке, где эти приборы установлены, а в случае использования термосоленографа только вдоль линии его следования. Для получения более полной картины распределения солености в Таганрогском заливе были проведены расчеты с помощью математической модели, которая состоит из двух составляющих –: гидродинамической и транспортной.
Подобная задача была решена для всего Азовского моря в целом, когда возникла необходимость восстановления пропущенных данных по солености. Основной же целью данной работы является исследование пространственного распределения соленых вод в Таганрогском заливе и расчет динамики изменения концентрации соли в районе дельты Дона. Поэтому, чтобы не ставить граничные условия на открытой границе Таганрогского залива в районе Должанской косы, расчет проводился по всему Азовскому морю, где граничные условия ставятся достаточно легко. В качестве начального распределения концентрации использовался профиль солености, полученный с помощью термосоленографа SBE 21 SEACAT, а в случае отсутствия таких данных –соответствующее поле солености на данное время года. Калибровка модели проводилась по данным наблюдений нескольких нагонов в различные сезоны года, при этом корректировка гидродинамической составляющей была возможна только по значениям уровня воды.
Замечено, что только при сильных нагонах изменение солености связано прямой зависимостью с изменением уровня воды, что объясняется конвективной составляющей в процессе переноса. Второй класс ситуаций формируется при умеренных ветрах западных румбов, когда даже значительное увеличение уровня не влияет на изменение солености.
Анализ данных хода уровня и солености на устьевом взморье и в гирле Свиное на расстоянии 5 км от устья позволил выявить некоторую инертность в процессе переноса соленых водных масс, которая иллюстрируется “раздвоением ” данных уровня и солености на диаграмме рассеивания, где одним и тем же значениям уровня воды соответствуют меньшие и большие значения солености. Меньшие значения соответствуют, как правило, подъему уровня воды во время нагона, а большие – падению. Это объясняется тем, что при начале нагона более соленые воды еще не успели достигнуть точки наблюдения, а при ослаблении ветра и начавшимся падении уровня эти воды еще могли продолжать поступать, и лишь через некоторое время стали откатываться под действием более пресных речных вод
Используемая нами модель позволяет учитывать подобные эффекты и корректно прогнозировать распределение солености по акватории Таганрогского залива и устьевого взморья в период нагонов.
Моделирование процесса распределения солености во время нагона в период с 27 по 30 марта 2017 года дало хорошие результаты на период активной фазы нагона (27 -29 марта) (Рис. 6). При этом погрешность расчетов по солености составляла 28%, а по уровню воды – 15%. Расчеты гидрофизических параметров во время нагонов 26–28 июня 2014 года и 26-28 декабря 2015 года также показали хорошее совпадение расчетных и наблюденных значений уровня воды и солености.
Развитие гидрологической ситуации во время экстремальных нагонов (24–25 сентября 2014 г.) происходит по схожему сценарию. Так в период с 16–23 сентября 2014 года, когда наблюдался сгон воды, отмечался обычный уровень минерализации речной воды на акватории порта г. Азов ( гирло Песчаное и Старый Дон, 12 км от устья). Во время штормового нагона 24 сентября в пик подъема уровня воды соленость достигла значений 5.6–6.0‰. После пика наводнения снижение солености происходило не сразу – процесс распреснения (до 0.5‰) растянулся во времени на 6 суток.
 

Рис 6. Результаты моделирования солености (а) и уровня (б) воды во время нагона  с 27 по 30 марта 2017 года. Данные измерений солености воды (1),  соленость, рассчитанная по модели (2), данные измерений уровня (3), уровень, рассчитанный по модели (4)
 
С помощью математической модели была восстановлена динамика концентрации соли в восточной части Таганрогского залива во время экстремального нагона воды 24–25 сентября 2014 года, где датчики учета солености не были установлены. Проведенные расчеты позволили получить предполагаемое поле распределения солености в момент наибольшей ее концентрации.
Проведенные расчеты показали, что данная модель позволяет достаточно адекватно описывать процесс перемещения соленых масс воды под действием ветра в Таганрогском заливе, что дает возможность «доопределять» значения солености в интересующих нас точках, где датчики учете солености не были установлены. Кроме того, данный подход позволяет прогнозировать картину возможного распределения концентрации соли при определенных ветровых ситуациях.
 
На основе эколого-эволюционной модели исследовано действие потепления  и трансформации гидрохимического режима р. Дон на основные фитоценозы Азовского моря (Таганрогский залив и собственно моря).
Было последовательно рассмотрено 7 уровней потепления (E=0-современный; E=7 – далекая перспектива). Установлено (Рис.7), что количество циклов азота (Cn)  и фосфора (Cp) увеличивается в более чем в полтора раза. По мнению ряда гидробиологов,  ускорение оборачиваемости способствует устойчивости экосистем.
Влияние же трансформации объема и химического состава донского стока на оборачиваемость  биогенных веществ незначительно.

Рис. 7 - Уровни потепления и количество циклов в собственно море.
 


Рис. 8. Выделены эволюционно-устойчивые параметры роста водорослей.
 

 
 
Выявлено, что в отдельных районах Керченского пролива образуются опасные течения со скоростями до 1,6 м/с. Установлены три различных механизма их формирования. В юго-западном районе пролива эти течения связаны с возникновением одноузловой сейши Азовского моря в зоне ее амфидромии. В узостях пролива – они формируются ветровыми течениями во время штормов. В средней мелководной части пролива, при сильных ветрах южных или северных направлений, образуются течения с высокими горизонтальными сдвиговыми напряжениями, которые иногда образуют пару (циклонического и антициклонического) вихрей в зоне гидрологического фронта (при соприкосновении двух встречных потоков вод из Азовского и Черного морей).
 
При генерации одноузловой сейши Азовского моря чаще всего проходящими над морем барическими образованиями в зоне ее амфидромии, находящейся на юго-западной части Керченского пролива, образуютя сейшевые течения, скорости которых  по мере приближения к центру амфидромии, могут достичь до 150 см/с (рис.9).

 
 
 Рисунок 9. Распределение изотах максимальных скоростей течений при одноузловой сейше в Азовском море (на врезке: амфидромическая система одноузловой сейши в Азовском море).
 
 Максимальные скорости возникающих под воздействием ветров южных или северных и северо-западных румбов  течений, направленных соответственно в Азовское или в Черное моря,  в узостях по данным проведенных измерений во время штормов в Керченском проливе, могут достичь до 150-160 см/с. Кроме того, было отмечено, что при ветрах южных направлений нагон вод из Черного моря приводит к вытеснению азовоморских вод из пролива и повышению солености при смешивании вод иногда почти до самой границы с Азовским морем. При этом из-за интенсивного вертикального турбулентного перемешивания стратификация по глубине как по температуре, так и по солености почти во всем проливе отсутствует. Но иногда в средней мелководной части пролива в зоне гидрологического фронта при соприкосновении двух встречных азовоморского и черноморского потоков вод, образуется сопряженная пара циклонического и антициклонического вихрей с формированием своеобразного «диполя», например, солености с находящимися недалеко друг от друга “линзами” с высокой и низкой солёностью (рис. 10). При сильных ветрах северо-западных и северных румбов, по-видимому, может возникнуть зеркальная картина.
Такие скорости и явления весьма опасны для целей навигации и следует их учесть, в том числе при планировании и строительстве моста через Керченский пролив.

 
Рисунок 10 Вертикальное распределение солености воды в Керченском проливе 2 октября 2007 г.  Разрез вдоль тальвега пролива с юга на север.
 

Сотрудники лаборатории ежегодно выступают с докладами на всероссийских и международных конференциях и конгрессах, таких как Виноградовские чтения, . Physical and Mathematical Modelling of Processes in Geomedia, «Современные проблемы математического моделирования», Математическое моделирование и биомеханика в современном университете, Комплексные исследования Мирового океана и др.
Ежегодно сотрудники лаборатории принимают активное участие в работе Объединенной конференции "Экология. Экономика. Информатика" (www.conf-durso.ru), в состав которой на постоянной основе входят две конференции: Всероссийская конференция «Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем (САМЭС)» и Всероссийская конференция молодых ученых «Геоинформационные технологии и космический мониторинг».

Сотрудники лаборатории принимают активное участие в морских научных исследованиях на судах НИС «Профессор Панов» и НИС ПТР «Денеб», в ходе которых проводят исследования термохалинной структуры и гидрохимических параметров южных морей России, Нижнего дона и Цимлянского водохранилища. Отдельный блок работ посвящен исследованию гидролого-гидрохимических характеристик водоемов долины Маныча.
.
Научное оборудование.
Сотрудники лаборатории в ходе морских научных работ проводят исследования с помощью океанологического экспедиционного оборудования  оборудования ЮНЦ РАН, подробное описание которого представлено в соответствующем разделе ССЫЛКА на экспедиционное оборудование. 


Работа с розеттой SBE-32 в Черном море в сентябре 2015 г.