К 75-летию Государственного океанографического
института имени Н. Н. Зубова

 

В июне 2018 г. Государственному океанографическому институту имени Н. Н. Зубова (ГОИН) — одному из ведущих  научных  учреждений  в  области  исследования  океанов, морей  и  морских устьев рек  —  исполнилось
75 лет.

Институт был образован на базе морских отделов Центрального института прогнозов и Государственного гидрологического института, которые во время Великой Отечественной войны были эвакуированы в г. Свердловск. Создание института в трудное военное время было вызвано необходимостью в кратчайшие сроки перестроить гидрометеорологическое обслуживание гражданского и военного флота, а также обеспечить разработку рекомендаций при прокладке наиболее безопасных курсов проводки конвоев в Мурманск и Архангельск.

После окончания войны ГОИН не только стал крупным центром по обеспечению морской гидрометеорологической информацией военно-морского флота и разных морских отраслей хозяйства, но и со временем превратился в ведущее океанографическое учреждение в области морской гидрологии и гидрохимии, осуществляющее научно-методическое руководство морской наблюдательной сетью в системе Гидрометслужбы. В конце 1940-х годов от исследования отечественных морей институт перешел сначала к изучению отдельных районов океанов, а затем к океанографическим и гидрохимическим (включая загрязнение) исследованиям Мирового океана в целом.

В 1950-е годы ГОИН стал основоположником особого направления в гидрологии — исследований устьев рек. К началу 1970-х годов добавились такие важные направления, как изучение процессов взаимодействия океана и атмосферы, в том числе в связи с проблемой разработки прогнозов погоды и колебаний климата; исследование процессов загрязнения и самоочищения морских вод и донных отложений; разработка методов расчетов и прогнозов гидрологических и гидрохимических характеристик.

Важнейшей задачей ГОИН всегда было научное и научно-методическое руководство работами по организации исследований на станциях морской береговой и судовой наблюдательной сети, а позже и устьевой сети. В функции института входили организация и осуществление работ по изучению уровня, течений, волнения, термики, химических загрязнений; разработке научных основ комплексной автоматизации сбора данных наблюдений; созданию технических средств и методов получения и обработки гидрологической и гидрохимической информации, в том числе с использованием авиационных и космических данных.

В конце 1970-х годов задачами ГОИН стали также разработка и внедрение методов наблюдений за состоянием моря при проведении сбросов с целью захоронения в море отходов (дампинг). В 1984 г. совместно с ДВНИГМИ было начато комплексное изучение тропической зоны Тихого океана. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований были установлены гидрофизические, гидрохимические и гидробиологические структуры восточно-экваториального района Тихого океана. Определены возможные изменения экологических условий в фотической зоне океана при добыче полезных ископаемых и показано, что сбросы взвешенных веществ могут привести к сокращению видового состава планктона, первичной продукции фитопланктона и биомассы зоопланктона, содержания кислорода, вплоть до его исчезновения. По полученным данным институтом были выданы рекомендации, направленные на оптимизацию возможного ущерба для экосистемы океана от проведения работ по добыче твердых полезных ископаемых.

В 1980-е годы ГОИН принимал активное участие в работах по межведомственным программам “Полимоде”, “Тропэкс”, МАРПОЛМОН. В 1981—1985 гг. институт возглавлял океанографические исследования в рамках реализации крупнейшей национальной программы “Разрезы”, направленной на исследования взаимодействия океана и атмосферы и имеющей фундаментальный характер для изучения короткопериодных изменений климата. По результатам исследований и на основании данных систематических экспедиционных наблюдений впервые были получены количественные оценки параметров сезонного течения процессов в энергоактивных областях в высоких, средних и низких широтах. В ходе климатического мониторинга океана выявлены существенные аномалии температуры на его поверхности и на глубине 300—600 м, связанные с изменением общей циркуляции воды и изменением траектории циклонов. Впервые была дана количественная оценка роли средних широт океана в формировании короткопериодных колебаний климата. Рассчитаны статистические значения температуры, солености и энтальпии на стандартном разрезе через Гольфстрим, исследованы сезонная и межгодовая изменчивость и структура Северо-Атлантического течения. Открыта и обоснована квазистационарность крупномасштабного теплового антициклонального вихря (КСАВ) в районе Ньюфаундленской энергоактивной зоны, который служит мощным источником тепловой и потенциальной энергии вод океана, что дало возможность существенно уточнить схему циркуляции вод Северной Атлантики. Получены оценки сезонных колебаний энергетических характеристик вихря.

В 1980—1990-е годы институт активно участвовал в работах по международным программам ТОГА, ВОСЕ, ВЕСТПАК и др. Одним из важных результатов работ по программам ТОГА и ВОСЕ явилось открытие аномального межпассатного противотечения в тропической части Атлантического океана в зимний период. На основе данных дрифтерных наблюдений был составлен Атлас поверхностных течений Мирового океана. Кроме того, были подготовлены электронно-справочные пособия по гидрологическому и гидрохимическому режимам морей и электронные пособия по режиму устьев всех крупных рек европейской части России. В конце 1990-х годов институт подготовил и издал серию, состоящую из 25 монографий, под общим названием “Гидрометеорология и гидрохимия морей”. В этой серии освещен широкий круг вопросов по метеорологии и климату, гидрологическому, гидрохимическому режиму, загрязнению, динамике вод, экологии, формированию биологической продуктивности Балтийского, Белого, Баренцева, Черного, Азовского, Каспийского, Аральского, Берингова, Охотского и Японского морей. Полученные результаты позволили оценить многолетние тенденции изменения состояния морей и их последствий для экологии морей и возможного развития процессов в ближайшие годы.

Государственный океанографический институт им. Н. Н. Зубова был основоположником работ по исследованию загрязнения морской среды. Институт первым организовал и провел экспедицию по исследованию загрязнения морей, омывающих Европейский континент. Наибольшее внимание, естественно, уделяется мониторингу загрязнения отечественных морей.

Специалистами ГОИН разработан и постоянно совершенствуется комплекс математических моделей распространения нефти и нефтепродуктов на поверхности моря при аварийных разливах, а также методология применения моделей для оценки риска и масштабов влияния разливов на окружающую среду. Для обеспечения фукционирования комплекса в случае разливов при низкой температуре и в ледовых условиях были разработаны модели динамики ледового покрова для арктических морей. Все расчеты, выполненные для нефтяных проектов, прошли государственную экологическую экспертизу.

Особое место в работах института занимают исследования морских устьев рек. По результатам, полученным в ходе исследований, изданы монографии, посвященные всем устьям рек европейской части страны. В последнее десятилетие решающую роль стало играть активное и всестороннее использование электронно-вычислительной техники и современных компьютерных технологий. Созданы новые электронные базы данных по основным гидрологическим характеристикам устьев рек европейской части России, выполнен современный анализ данных по естественным и антропогенным, сезонным и многолетним изменениям гидрологических условий в устьях рек. В последние годы были разработаны методология и автоматизированная технология физико-статистического анализа связей расходов и уровней для контроля и оценки гидролого-морфологических процессов на устьевом участке реки. Разработана математическая модель развития систем дельтовых водотоков на примере дельты Дуная, позволяющая прогнозировать процессы перераспределения стока в системах дельтовых водотоков, изменения их гидравлико-морфологических характеристик, развития устьевых баров и устьевого удлинения водотоков. Эти и многие другие работы в области исследования морских устьев рек, проведенные сотрудниками института, позволили использовать полученные результаты федеральными и региональными органами управления, проектными и научными организациями для разработки современных подходов и рекомендаций по решению задач экологии и рационального природопользования, новых методик комплексной оценки и прогноза гидролого-экологического состояния устьевых областей рек.

Важнейшим направлением работы ГОИН являются исследования Мирового океана. С первого дня своего создания институт приступил к подготовке навигационных пособий, которые обязательны для использования всеми судами Российской Федерации при плавании в морях с приливами. В 2009 г. исполнилось 100 лет со дня издания Гидрографическим управлением Морского ведомства России первого пособия “Ежегодник приливов”, снабженного предвычислениями для нескольких портов в северных и дальневосточных морях России. В течение 75 лет своего существования ГОИН ведет систематическую работу по расчету, подготовке к изданию и совершенствованию Таблиц приливов. Ежегодно институт готовит к изданию три тома Таблиц приливов по отечественным европейским водам и зарубежным водам Северного Ледовитого, Индийского и Атлантического океанов. Кроме того, ГОИН является куратором ДВНИГМИ как института-соисполнителя, готовящего навигационные пособия по приливам для отечественных дальневосточных вод и зарубежных вод Тихого океана. Работы по подготовке Таблиц приливов полностью автоматизированы и унифицированы. Все программное обеспечение для анализа и предвычисления приливов разработано на современном уровне сотрудниками лаборатории навигационных пособий института.

В соответствии с Морской доктриной Российской Федерации на период до 2020 года освоение пространств и ресурсов Мирового океана является “одним из главных направлений развития нашей страны”. При этом морская деятельность понимается как деятельность Российской Федерации в области изучения, освоения и использования Мирового океана в интересах безопасности, устойчивого экономического и социального развития страны. Реализация и защита ее национальных интересов в области морской деятельности обеспечивается достижениями отечественной морской науки, фундаментальными и прикладными исследованиями и разработками, связанными с морской деятельностью в Мировом океане. Институт сосредоточил основные исследования на внутренних неарктических морях России. Оценки, связанные с Мировым океаном, делаются на основе накопленных материалов наблюдений и спутниковой информации.

В области изучения важнейших районов Мирового океана ГОИН провел исследования, связанные с оценкой влияния теплых североатлантических вод на процессы в Северном Ледовитом океане. Это одно из важнейших направлений исследований, дающее возможность оценить влияние океана на процессы в атмосфере в регионе, непосредственно прилегающем к территории нашей страны. Океан — наиболее инерционное звено в климатической системе Земли, поэтому непрерывное наблюдение за происходящими в нем процессами перераспределения потоков тепла и холода — как во времени, так и в пространстве, включая весь диапазон глубин, представляется исключительно важным для успешного прогнозирования погоды и климатических изменений.

Национальные интересы Российской Федерации связаны с решением не только проблемы прогнозов погоды, изменений климата различной заблаговременности (при этом Северный Ледовитый океан следует рассматривать как один из важнейших элементов климатической системы Земли), но и практических задач обеспечения экономики и обороны страны. И прежде всего это относится к вопросу о бесперебойной круглогодичной эксплуатации Северного морского пути, который является основой развития хозяйственного комплекса на Крайнем Севере Российской Федерации. Экономическая политика страны в Арктике и на Крайнем Севере во многом определяется возможными сценариями изменения климата, зависящими от процессов, протекающих в Северном Ледовитом океане.

Северный Ледовитый океан играет важную роль в глобальной климатической системе и прежде всего в связи с тем, что процессы, протекающие здесь, тесно связаны с северной частью Атлантического океана, для которого он является заливом большого объема и протяженности. Сюда поступают теплые воды Северной Атлантики и отсюда вытекают в Атлантику холодные распресненные воды, которые в виде донной арктической воды достигают Южного полушария. Именно поэтому одной из приоритетных научных задач института в области океанографии является проведение разномасштабных натурных наблюдений в океане за температурой, соленостью, течениями, кислородом, льдом и построение на их основе полей гидрологических и гидрохимических характеристик.

В рамках создания Единой системы получения информации о Мировом океане (ЕСИМО) разработана сквозная технология автоматических измерений и передачи данных в Центры ЕСИМО. В институте функционирует компьютерная информационно-справочная система “Поверхностные течения Мирового океана”, основанная на постоянно пополняемом глобальном историческом массиве данных дрифтерных наблюдений за течениями в поверхностном слое Мирового океана. Система позволяет в интерактивном режиме получать графическую и цифровую информацию о фактически измеренных течениях и температуре в поверхностном слое любого района Мирового океана.

Важную роль в исследовании морей и океанов играют отделения института – Санкт-Петербургское (СПО ГОИН) и Севастопольское (СО ГОИН). Большой вклад в получение крупных научных результатов внес коллектив Санкт-Петербургского отделения ГОИН. В частности, разработанная специалистами СПО ГОИН спектрально-параметрическая модель послужила основой технологии для расчета и прогноза ветрового волнения в океанах и морях, используемой в последние годы в оперативной практике. Выполненная в СПО ГОИН совместно с кафедрой океанологии Санкт-Петербургского государственного университета работа по исследованию режима ветра и волнения Баренцева, Охотского и Каспийского морей используется Российским морским регистром для классификации судов по районам плавания, при проектировании судов и сооружений, оценке условий плавания, планировании работ в открытом море и на шельфе, а также для решения других вопросов, связанных с судоходством. В СПО ГОИН впервые в отечественной практике разработаны электронные справочники по ветру и ветровому волнению в Балтийском, Баренцевом и Белом морях и в северной части Атлантического океана, позволяющие потребителю решать значительно более широкий круг задач, чем ранее созданные в нашей стране и за рубежом справочные пособия. В результате исследований, выполненных в отделении, получена оценка погрешностей расчета ветрового волнения по наиболее часто используемым в нашей стране и за рубежом математическим моделям, выявлен вклад в эти погрешности самих моделей и внешней информации. Установлены систематические и случайные погрешности, возникающие при использовании полей ветра глобальных и региональных атмосферных моделей, выработаны рекомендации по уменьшению этих погрешностей. Специалистами СПО ГОИН были получены новые оценки современного состояния и выявлены тенденции развития гидрометеорологических процессов на северо-западных морях России (Балтийское, Белое и, частично, Баренцево моря). Результаты были получены с помощью современных методов вероятностного анализа и гидродинамического моделирования и использовались рядом организаций морского профиля, а также при выполнении работ прикладного характера. Разработаны новые направления современной гидрометеорологической науки, связанные с применением теории вероятностей случайных событий, величин и функций. Созданы теория и методы статистической оценки вероятностных характеристик случайных величин и функций применительно к процессам в гидрометеорологии, сформулирована программа исследований в области вероятностного анализа в виде статистической гидрометеорологии, подготовлен программный комплекс, позволяющий реализовывать процедуры математической статистики и многомерного статистического анализа.

В последнее десятилетие в СПО ГОИН ведется активная работа по получению, обработке и анализу в оперативном режиме спутниковой информации, поступающей в видимом, ИК- и радиолокационном диапазонах спектра. По полученным данным для Балтийского моря проведены исследования пространственно-временной изменчивости полей температуры, уровня и течений. На основе результатов частотно-направленного спектрального анализа спутниковых альтиметрических данных оценены разные характеристики синоптических возмущений в поле уровня Балтийского моря в диапазоне периодов от 2 недель до 3 месяцев. Показано, что синоптические возмущения с периодами от 30 до 92 суток в этих полях имеют пространственные масштабы приблизительно от 250 до 1400 км и распространяются в разных направлениях со скоростью 7–31 см/с. Сравнение полученных по альтиметрическим данным характеристик синоптических возмущений уровня моря с теоретическими дисперсионными соотношениями низкочастотных волн позволило идентифицировать их как баротропные и бароклинные волны Россби и бароклинные топографические волны. Проведены численные эксперименты на гидродинамической модели Балтийского моря при различных упрощающих сценариях. Эти эксперименты позволили оценить вклады собственных низкочастотных колебаний моря, рельефа дна, β-эффекта, вращения Земли, бароклинности и нелинейных эффектов в формирование термодинамических полей Балтийского моря. Для изучения пространственно-временной изменчивости и механизмов формирования биотических полей Балтийского моря проведен численный эксперимент с использованием комплексной гидродинамической и биохимической моделей. Верификация модели осуществлена путем сравнения результатов моделирования с океанологическими характеристиками, полученными по данным судовых измерений.

Результаты анализа спутниковой информации и численных экспериментов с использованием гидродинамической и биотической моделей позволили начать работу по их усвоению. Спутниковые данные и контактные измерения, поступающие в оперативном режиме с сети гидрометеорологических станций и постов, проверяются с использованием комплексной гидродинамической и биохимической моделей для создания автоматизированной системы диагноза и прогноза экологического состояния вод Балтийского моря.

Важное место в работах ГОИН занимает его Севастопольское отделение. По инициативе руководства ГОИН в 1971 г. на Черном море (Севастополь) была создана Лаборатория южных морей (ЛЮМ ГОИН), в задачи которой вошли исследования Черного, Азовского и Каспийского морей, а также оценка водного баланса исчезающего в то время Аральского моря. В июне 1973 г. ЛЮМ ГОИН был реорганизован в Севастопольское отделение ГОИН со статусом головного научно-исследовательского центра по морской гидрометеорологии Азово-Черноморского бассейна. С марта 1992 г. по апрель 2014 г. Севастопольское отделение входило в состав научных организаций Украины. С апреля 2014 г. Севастопольское отделение было воссоздано и влилось в состав ГОИН.

Основные направления работы Севастопольского отделения связаны с исследованием изменений гидрометеорологического режима южных морей Российской Федерации под влиянием региональных проявлений глобальных климатических изменений и антропогенного воздействия; моделированием динамики вод, взвешенных и загрязняющих веществ шельфовой зоны Черного и Азовского морей; анализом гидрохимического состояния и загрязнения морской среды и оценкой экологического состояния вод южных морей Российской Федерации; подготовкой, поддержкой и хранением баз данных с результатами прибрежных, рейдовых и экспедиционных наблюдений за состоянием морской среды с целью выполнения научно-исследовательских, методических и хоздоговорных работ. Кроме того, на Севастопольское отделение ГОИН возложены обязанности по проведению гидрометеорологических и гидрохимических изысканий по хоздоговорной тематике для обеспечения гидротехнического и рекреационного строительства в прибрежной зоне, обустройства нефтегазовых месторождений на шельфе Черного и Азовского морей.

Севастопольское отделение ГОИН внесло большой вклад в изучение гидрологических и гидрохимических процессов, протекающих в Черном и Азовском морях. В последние годы отделение приняло большое участие в гидрометеорологическом обеспечении строительства Крымского моста, провело большие работы по исследованию состояния морской среды в прибрежных водах Крыма и Кавказа, оценке загрязнения Севастопольских бухт и состояния выпускных сооружений, степени очистки сбрасываемых вод. Эти работы имеют большое практическое значение. В течение длительного времени в СО ГОИН успешно развивалось направление устьевой тематики. Много работ опубликовано в Трудах ГОИН и в виде отдельных монографий. К их числу относится монография “Обменные процессы в проливах между эстуариями и морями”. Большой интерес вызвал подготовленный сотрудниками Севастопольского отделения “Атлас льдов Черного и Азовского морей”. При его подготовке использовался банк данных натурных наблюдений, накопленных в отделении. В атласе на основе всех доступных данных, полученных в процессе прибрежных наблюдений на морских станциях и постах, данных авиационных ледовых разведок, спутниковой информации, судовой информации, систематизирован и подробно изложен ледовый режим Черного и Азовского морей за последние пятьдесят лет — с 1965 по 2014 г. Эта работа была удостоена специального диплома на международном конкурсе “Хрустальный компас”, проводимом Русским географическим обществом.

За годы своего существования Государственный океанографический институт им. Н. Н. Зуева внес огромный вклад в развитие науки о Мировом океане и экономики, в обеспечение обороны страны. Несколько поколений ученых и специалистов ГОИН вместе со специалистами других морских институтов страны трудились на благо отечественной океанологии, занявшей передовые позиции в мире. Сотрудники института встретили 75-летний юбилей с твердым намерением обогатить отечественную и мировую науку об океане новыми достижениями, позволяющими сделать моря и океаны более близкими человеку при сохранении их уникальных природных богатств.

 

Ю. Ф. Сычев, В. М. Грузинов

Joomla templates by a4joomla