Викладена математична структура чисельної математичної моделі евтрофікації вод. Модель побудована на базі чисельної нестаціонарної гідротермодинамічної моделі МЕСCА (Model for Estuarine and Coastal Circulation Assessment) доповненої хіміко-біологічним блоком, який розроблений відповідно до принципів побудови моделі якості вод RCA-HydroQual з авторськими модифікаціями. Хіміко-біологічний блок моделі включає опис динаміки в локальній точці простору наступних гідроекологічних змінних: біомаса фітопланктону, стійкий до мінералізації органічний фосфор у зваженій (детритній) і розчиненій фракціях, лабільний органічний фосфор у зваженій і розчиненій фракціях, розчинений мінеральний фосфор, стійкий органічний азот у зваженій і розчиненій фракціях, лабільний органічний азот у зваженій і розчиненій фракціях, амонійний і нітратний азот, зважена і розчинена фракції стійкого до біохімічного окислення органічного вуглецю, зважена і розчинена фракції лабільного органічного вуглецю, розчинений у воді кисень. Представлені результати
калібрування і верифікації 1-D варіанту моделі для випадку Тилігульського лиману північно-західній частині Чорного моря. Зроблено висновок про те, що модель дозволяє відобразити основні особливості річної динаміки гідроекологічних характеристик лиману в період
вегетації фітопланктону, зокрема умови, що визначають процеси первинного продукування і біохімічного окислення органічної речовини, регенерації мінеральних форм біогенних елементів. Використання моделі для оцінки впливу поглиблення з’єднувального каналу «лиман-море» на гідроекологічні характеристики Тилігульського лиману показало, що посилення водообміну з морем через канал сприятиме зменшенню продукції фітопланктону, концентрації органічної речовини в водах лиману і, в кінцевому підсумку, призведе до поліпшення його трофічного статусу. Надалі модель передбачається використовувати для оцінки ефективності різних сценаріїв управління гідроекологічним режимом лиманів північно-західного Причорномор’я з урахуванням зміни кліматичних умов.
В роботі розглядаються закономірності формування і динаміки кисневого режиму внутрішніх морів, перш за все Чорного моря і Каспію в пелагіалі і абісалі. Однією з особливостей Чорного моря є відсутність розчиненого у воді кисню нижче 200 метрової глибини. Виконано порівняння гідрологічних умов Чорного моря з Каспієм, де глибини також досить великі, однак інтенсивність вертикального обміну різна. Крім того, слід розрізняти причини формування дефіциту кисню в морях. Вони бувають природні і антропогенні. У роботі виконаний здійсни аналіз причинно-наслідкових закономірностей розвитку гіпоксії пелагіалі на прикладах Каспію і Чорного моря.
Методично робота є оглядом літературних джерел з проблеми, які дозволяють дати оцінку сучасного стану газообміну пелагіалі і абісалі морських басейнів.
Виділено три основних чинника формування особливостей гідрологічної структури і процесів, відповідальних за інтенсивність газообміну в пелагічній зоні. Перший – надходження солоних вод з Нижньобосфорською течією, стікання їх по схилу, заповнення глибинних шарів чорноморської улоговини, формування стійкої вертикальної стратифікації, яка обмежує вертикальний газообмін. До другого фактору, що сприяє насиченню киснем нижніх шарів, відноситься процес зимової вертикальної циркуляції, яка в основному виражена в північно-західній частині Чорного моря. Третій фактор – це режимне зміщення 1976-1978 рр., виражене в Чорному морі у змінах зимової температури і солоності поверхневого шару, що призвело до посилення статичної стійкості. Завдяки активно розвиненим процесам конвекції, яка охоплює всю товщу вод Каспію, на відміну від Чорного моря відбувається інтенсивний обмін між поверхневими і глибинними шарами. При цьому інтенсивність конвекції залежить від температурного режиму року. У Каспійському морі режимне зміщення 1976-1978 рр. призвело до двократного збільшення статичної стійкості вод нижче 100 м, майже повного припинення вентиляції глибинних вод (схилового каскадінга) і зменшення в них концентрації розчиненого кисню.
Основні висновки полягають в тому, що у Чорному морі формування стійкої вертикальної стратифікації відбувається за рахунок інтрузії солоних щільних вод Нижньобосфорської течії, а зимова вертикальна циркуляція виражена тільки в північно-західній частині моря, що в цілому лімітує вертикальний газообмін на глибині. У замкнутому Каспійському морі конвективне перемішування грає першорядну роль в формуванні гідрологічної структури вод і вентиляції придонних шарів.
У холодні зими в північному Каспії сильне вихолоджування, а також осолонення при льодоутворенні, створюють умови для формування вод з такою щільністю, яка дозволяє їм стікати по схилах дна уздовж ізопікничних поверхонь, аеріруючи глибинні шари моря.
За результатами розрахунків з використанням прогностичної тривимірної гідротермодинамічної моделі Delft3D-FLOW отримані оцінки змін внутрішньорічної просторовочасової мінливості гідрологічних характеристик Куяльницького лиману за різних обсягів надходження до нього стоку річки Великий Куяльник. Моделювались варіанти збільшення надходження стоку річки до 25% та 75% від обсягів щомісячного природного стоку річки за умов 2015 року, а також для різних за водністю типових років сучасного кліматичного періоду XXI ст. (1990-2030 рр.), визначених за найбільш виправданим для регіону Куяльницького лиману кліматичним сценарієм з бази даних ЕNSEMBLES, який відповідає глобальному сценарію A1B, розрахованому за моделлю MPI-REMO. При моделюванні використовувались щомісячні значення природного стоку р. В. Куяльник, розраховані із використан-ням моделі «клімат-стік». Встановлено, що провадження водного менеджменту на водозборі річки Великий Куяльник, реалізація різних інженерно-технічних заходів, спрямованих на збільшення стоку річки в Куяльницький лиман, будуть суттєво впливати на його гідроекологічний режим лише у разі забезпечення надходження до лиману не менш 75% від обсягів природного стоку річки. Збільшення природного стоку річки В. Куяльник не здатне самостійно забезпечити стабілізацію гідроекологічного режиму Куяльницького лиману без періодичного поповнення його морською водою Одеської затоки. За відсутності поповнення лиману морськими водами та стоком інших малих водотоків, які впадають в лиман, збільшення стоку р. В. Куяльник навіть до 75 % від обсягів природного стоку може забезпечи-ти стабілізацію річного циклу мінливості рівня та солоності води в лимані лише в багатоводні роки.
На основі реаналізу даних океанографічних спостережень виявлені загальні тенденції довготривалих змін структури густини Чорного моря в ХХ столітті. Розглядається характер низькочастотної мінливості вертикальної стратифікації, горизонтальних градієнтів густини і інтенсивності геострофичної циркуляції для різних шарів моря. Обговорюються зовнішні чинники, що впливають на структуру густини моря і їх відносна роль.
На основі супутникової інформації за період з 2005 по 2011 рр. проаналізовано характеристики вихорів, що генеруються над материковим схилом в північно-західної та західної частинами Чорного моря. Розраховано кількість вихорів, що генеруються, термін їх життя та інтенсивного розвитку. З’ясовано положення фронтів і направлення переносів вод в найбільше характерних вихорах. Визначене тісний зв’язок вихровий активності у регіон, що розглядається з термічним станом у зимовий період та мінливістю розходів Дунаю.
Природа формування поверхневої циркуляції Чорного моря розглянута за фактичними зйомками у весняний (квітень), літній (липень), осінній (вересень) та зимовий (лютий-березень) періоди року. Визначна роль паводку річок у формуванні поверхневої циркуляції вод Чорного моря та послідовному сезонному розвитку інтенсивності спочатку західного (квітень), а потім східного (вересень) циклонів показана як за кліматичними, так і по конкретним гідрологічним зйомкам.
На основі адаптаційних розрахунків в рамках тривимірної чисельної моделі з високим просторовим розділенням і даних атмосферного реаналізу досліджується зв’язок міжрічної-десятилітньої мінливості великомасштабної циркуляції в Чорному морі із завихреністю поля вітру. Аналізуються адаптаційні розрахунки для жовтня-листопаду і лютого-березня двох типів. Перша серія чисельних експериментів проводяться на основі адаптації архівних даних спостережень з температури і солоності за 30 років і усередненому за десятилітні періоди полю вітру. Друга серія розрахунків проводиться за даними, з’єднаними в групи для років з високими і низькими значеннями завихреності поля вітру. Показано, що на міжрічному масштабі інтенсивність великомасштабної циркуляції в Чорному морі тісно пов’язана з мінливістю середньої завихреності поля вітру над акваторією моря. На десятилітньому масштабі такий зв’язок не виявлений. Разом з тим збільшення площі з переважаючою циклонічною завихреністю поля вітру десятилітнього масштабу супроводжується посиленням середніх течій.
Оцінено інтенсивність та напрямок переносу водних мас на границі північно-західного шельфу Чорного на ділянках між станціями Приморське – острів Зміїний – Чорноморське на підставі даних про рівень моря на них. Встановлено періодичне утворювання у 2005-2006 рр. прибережних антіциклонічних вихорів поблизу острова Зміїний, які визначають перенос водних мас: в періоди квітень – липень 2005р. та травень – грудень 2006 р. – з півночі на південь, а з серпня 2005 р. по квітень 2006 р. – з півдня на північ. Результати тестування методу відновлення відсутніх даних спостережень за рівнем моря показали по острову Зміїний доцільність його використання у наступні роки.
Розглянуто просторове положення, сезонна мінливість та інтенсивність розвитку основних потоків і циклонічних кругообігів вод уздовж осі чорноморської дивергенції, виявленої та виділеної за результатами динамічних розрахунків кліматичного масиву даних про температуру та солоність води в поверхневому і проміжному шарах Чорного моря. Показано важливу роль весняного паводку на річках ПнЗЧМ у формуванні та розвитку особливостей циркуляції вод, в результаті взаємодії їх та ОЧТ з периферіями західного і східного циклонічних кругообігів. Показано, що цей процес викликає домінування на поверхні моря західного циклону у весняний час року і східного в літньо-осінній. Оцінені швидкості потоків та характер сезонної міграції центрів кругообігів.
На підставі даних моніторингу північно-західної частини Чорного моря виконана оцінка міжрічних змін ступеню евтрофування вод Одеського регіону за показником індексу E-TRIX. Визначена тенденція до поліпшення якості вод і знижки їх трофності до середнього рівня. Наведені результати міжрічних і внутрішньорічних змін абіотичних і біотичних характеристик евтрофікації вод району досліджень. За окремими зимовими зйомками надана оцінка просторового розподілу індексу E-TRIX.
Показана присутність другого (зимового) максимуму у річному ході (40-60% випадків), як розходів річок Дунай та Дніпро, так і рівня Чорного моря на станціях північно-західного узбережжя. У міжрічній мінливості відзначена загальна тенденція росту рівня моря, як по середньорічним, так і по середньозимовим даним, яка не має зв’язку із збільшенням обсягу річного стоку. Рівень моря в Одеському регіоні залежить від розходів Дунаю (r=0.8-0.9), а з розходами Дніпра (r≅0,5) зв’язок присутній із найближчими станціями – Очаків, Одеса та Іллічівськ. У характері коливань розходів Дніпра спостерігаються відмінності відносно розглянутих параметрів.