Eesti Mereinstituut, Paldiski mnt. 1, EE0001 Tallinn

1992	1993	1994
1995	1996	1997

Gotlandi basseini kahes piirkonnas 1978-1991 tehtud polügoonvaatluste analüüs näitas, et stagnatsiooniperioodi kestel ei ole halokliinis turbulentse segunemise foonitingimused - väikesemastaabilised (ca 1m kohta) tiheduse vertikaalsed gradiendid - muutunud. Siit järeldub, et läbi halokliini toimuva vee- ja ainevahetuse suurenemine, mida on jälgitud viimasel stagnatsiooniperioodil, ei ole seotud turbulentse segunemise intensiivistumisega vaid muude füüsikaliste põhjustega (J.Laanemets, U.Lips). 1990-91.a. talvel tehtud ekspeditsioonide andmete analüüsi põhjal leiti, et suurenenud veevahetus Läänemere basseinide vahel vältab kogu talveperioodi, kusjuures intensiivne vee sissetung Gotlandi süvikusse lõuna poolt toimus 1990/91 talvel tihedusvahemikus 7.2-8.4 sigma-t. Sellega kaasnesid stratifikatsiooni ja termohaliinse struktuuri muutused, mis on vastupidised stagnatsiooniperioodil valdavale magestumise tendentsile (U.Lips, T.Kõuts, J.Elken).

Soome lahe suudmes mõõdetud andmete põhjal lahutati hoovuskiirused ortogonaalseteks vertikaalmoodideks ja määrati nende muutused sõltuvalt meteotingimustest. tuule kiire tugevnemine viis 30 tunnilise hilinemisega madalsagedusliku kiiruse vertikaalse nihke suurenemisele ja hüdrodünaamilise stabiilsuse vähenemisele. Tuule muutumisega kaasnesid kvaasiinertsiaallained, mis põhjustasid nõrga hüdrodünaamilise stabiilsusega kihtide tekke termokliinis (M.-J.Lilover, U.Raudsepp).

Soome lahe kesk- ja lääneosas süstematiseeriti frondid suvisel - sügisesel perioodil (UL LIVONIA 31/89, 32/89, 37/90), määrati nende asendimustrid ning hinnati statistiliselt frontide karakteristikuid (laius, "amplituud", gradient, esinemissagedus, horisontaalne tiheduslik suhe). Suhteliselt tugev kvaasipermanentne soolsuse/ tiheduse front Soome lahe ja avamere päritoluga veemasside vahel Soome lahe suudmes on kontrollitud põhiliselt tuulevälja poolt, kajastudes nii tema muutlikus asendis kui ka pikifrondi omadustes (J.Pavelson).

Soome lahes 1987.a. läbi viidud korduvate mõõdistuste analüüsil leiti, et upwelling esines domineerivate läänetuulte mõjul põhiliselt Soome ning downwelling Eesti rannikul. Biogeenide, klorofülli ja primaarproduktsiooni suuremaid väärtusi pinnakihis jälgiti upwellingu frontaaltsoonis Soome lahe keskosas. Rannikulähedase vee leviku frontaaltsoonis täheldati zooplanktoni ja kalalarvide arvukuse suurenemist (L.Talpsepp).

Rahvusvahelise ühiseksperimendi SKAGEX andmete täiendav analüüs, baseerudes Atlandi veemassi tuuma soolsuse maksimumi konserveerumisel 300-450 m kihis, kinnitas Skagerraki tsüklonaalset tsirkulatsiooni skeemi, tõi esile põhjahoovuse hargnemise ning võimalds hinnata hoovuse kiiruse Skagerraki lõunapoolsel nõlval 25-30 cm/s (L.Talpsepp, J.Pavelson).

Formuleeriti turbulentsete liikumiste süsteem- ja metateoreetilise kirjelduse põhimõte kui turbulentsete liikumiste kirjelduste klassifikatsiooni lähtekoht. turbulentsete liikumiste mehaanika ja selle rakenduste alal aastatel 1976-1992, saadud tulemused võeti kokku doktoriväitekirjas "Phenomenological (continuum) theory of turbulence" (J.Heinloo).

Mere turbulentse struktuuri pöördelist mitteisotroopsust arvestava mudeli alusel teostati rida mere pinnalähedase kihi vertikaalse struktuuri kujunemise ja muutlikuse teoreetilisi ja numbrilisi uuringuid (J.Heinloo, Ü.Võsumaa).

Mittelineaarsete Rossby lainete kineetilise võrrandi analüüsi tulemusena näidati, et barotroopsete ning barokliinsete moodide interaktsioon genereerib alati oluliselt tugevama tsonaalse voolamise kui barotroopse moodi autointeraktsioon. Moodidevahelise energia ümberjaotumine viib kasutatud mudeli raames kõigi võimalike moodide generatsioonini, kusjuures barotroopne mood osutub ebastabiilseks kõrgemate moodide suhtes (T.Soomere, K.Rannat). Tulemused võeti kokku doktoriväitekirjas "Kinetic theory of Rossby waves" (T.Soomere).

Kahe aasta vältel Pärnu lahel tehtud optiliste mõõdistuste tulemused ja varasemate andmete kokkuvõte näitavad, et optilised karakteristikud omavad nii sesoonset kui ka horisontaalset käiku. Tugeva tuule toimel tekkinud lainetus tõttu lahe põhjast üles tõstetud muda ja liiv vähendavad oluliselt vee läbipaistvust. Kiirguse nõrgenemiskoefitsiendi väärtused on minimaalsed talvel (0.3-1.5 m-1), maksimaalsed aga kevadel ja suvel veemassi bioloogilise aktiivsuse kõrgperioodil sellele kaasneva tugeva tuule korral (19-31 m-1). Enamikul juhtudel on Pärnu lahe vee hägusus tunduvalt suurem kui Jerlovi klassifikatsiooni kõige hägusamal veel (H.Arst, T.Kutser, L.Käärmann, S.Mäekivi).

Juurutati veekogudes sisalduva lahustunud orgaanilise aine (nn. kollane aine) hulga määramise spektromeetriline meetod konsentratsiooniühikutes (mg/l) (H.Arst, S.Mäekivi).

Optiliste karakteristikute mõõdistused kümnel Eesti väikejärvel (Kurtna Liivjärv, Kurtna Valgejärv, Kurtna Nõmmjärv, Nohipalu Mustjärv, Nohipalu Valgejärv, Tamula, Rõuge Suurjärv, Jõksi, Pangodi ja Nõuni) näitavad järvede suuri erinevusi nii vee hägususe kui ka optiliselt aktiivsete ainete sisalduse poolest. Puhtaveeliseks tuleb lugeda Nohipalu Valgjärve, Rõuge Suurjärve ja Kurtna Liivjärve, suurima hägususega on Nõuni, Tamula ja Nohipalu Mustjärv, kusjuures viimane paistab silma kollase aine erakordselt suure sisalduse poolest (H.Arst, T.Kutser, L.Käärmann, S.Mäekivi).
 
 

Soome lahe suudmeala kvaasipermanentse tihedusliku frondi (1993.a. juuli, UL "Aranda") mõõdistuste analüüs näitas, et nii frondi parameetrid (frontaalala laius, tiheduse gradient läbi frondi jt.) kui ka nn. pinnafrondi ruumiline asend sõltuvad põhiliselt tuule suunast ja suurusest. Positiivse pikifronti tuulepinge (läänetuulte) korral on frontaalala laiem (frondi kalle väiksem), kusjuures tihedama vee peale advekteerub ulatuslik 3-5 m paksune kergema vee kiht Ekmani triivhoovuse tõttu. Negatiivse tuulepinge (idatuulte) korral on frontaalala kitsas ja kahe veemassi eralduspinna kalle suurem. Frontaalalal täheldatakse upwellingu/ downwellingu piirkondi. Võimalikuks mehanismiks biogeenide transpordiks vahekihist pinnakihti (eeltingimus sinivetikate õitsemiseks) on nõlvaalal eksisteeriva joalise hoovuse (kajastub ADCP andmetest) nihke poolt genereeritud väiksemastaabilise turbulentse segunemisega kaasnevad vertikaalsed vood (J. Pavelson, J.Laanemets).

Läänemere süvabasseinides aastatel 1978-1992 jälgitud keeriste parameetrite võrdlus mudeleksperimentide tulemustega (arvutused tehtud GFDL mudeliga Kieli Mereuuringute Instituudis) näitas, et põhiliseks energiaallikaks barokliinsete keeriste genereerimisel on basseinidevahelisest stratifikatsiooni erinevusest tulenev potentsiaalne energia. Homogeense algstratifikatsiooni korral (nn. mesomastaapsete ülesannete puhul väga tihti kasutatav lähendus) jääb mudeliga arvutatud väikeste piirkondade (vastab mõõtmispolügoonidele) potentsiaalne energia mitmeid kordi väiksemaks meres jälgitud väärtustest (J.Elken).

Vee tiheduse ja hoovuse kiiruse vertikaalsete profiilide statistilise analüüsi põhjal uuriti erinevate dünaamiliste protsesside osa nihke ebastabiilsuse (või sellele lähedase olukorra) tekkimisel, millest tingitud segunemist iseloomustava parameetri - Richardsoni arvu - jaotused näitasid, et tingimused segunemiseks on kaks korda soodsamad inertslainete kohalolul kui nende puudumisel (M.-J.Lilover).

Formuleeriti turbulentsete liikumiste kirjeldamise süsteem- ja metateoreetiline printsiip ning arendati välja nimetatud printsiibil põhineva turbulentsiprobleemi käsitluse matemaatiline aparaat (J.Heinloo).

Testiti mere vertikaalse struktuuri kujunemise ja muutlikkuse mudeli (J.Heinloo) prognostilisi omadusi vaatlusjaama "Papa" (Golfi hoovus) ja projekti "LOTUS" (Sargasso meri) andmeil ning võrdluses Mellor-Durbini mudeliga (Ü.Võsumaa). Püstitati ülesanne kasutatud mudeli võimaluste laiendamiseks arvestamaks meres toimuvaid hüdrofüüsikalisi ja ökoloogilisi protsesse kogu vertikaalse kihi ulatuses (J.Heinloo P.Ennet).

Jätkusid eelmistel aastatel alustatud Rossby lainete alased uuringud (T.Soomere, K.Rannat). kogutud vaatlusandmed analüüsiti Hamburgi Ülikoolile kuuluval arvutil CRAY (T.Soomere). T. Soomere poolt teostatud uuringuid tunnustati 1993.a. EGS noorte autorite publikatsioonipreemiaga.

Tehti korduvaid mõõdistusi Eesti väikejärvedel (4 ekspeditsiooni). Saadud tulemused lubavad: 1) välja valida andmekogum, mille alusel katsetada optilise kaugsondeerimise pöördülesande mitmesuguseid lahendusvariante; 2) välja valida mõned järved, mis oma omadustelt on sobivamad nendeks uuringuteks ja väärivad edaspidist tihedamat jälgimist; 3) leida seoseid antud veekogu optiliste ja tema teiste karakteristikute vahel; 4) iseloomustada uuritud objektide vee kvaliteeti ja looduslikku seisundit (H. Arst, T. Kutser, S. Mäekivi).
 
 

Liivi lahe ja Irbe väina hüdrofüüsikalised protsessid

1993-94 Liivi lahel ja Irbe väinas korraldatud ekspeditsioonide tulemuste põhjal võib väita, et Irbe väinas paikneb kvaasipermanentne, suhteliselt tugev (delta S >1.0 psu) S-kujuline soolsuse front, mille asukoht ja kuju sõltuvad veetasemete erinevusest, tiheduse gradiendist ning lokaalsest tuulest. Väinas on iseloomulik kahekihiline kiiruse vertikaalne struktuur, mis teatud tingimustel formeerub ühekihiliseks. Hoovuste ajareas domineerib ööpäevase perioodiga võnkumine väina teljesuunalises hoovuse komponendis, pikemate ajamastaapide korral ilmneb geostroofiline veevahetusreziim. Kahekihilise vertikaalse struktuuri korral ööpäevase perioodiga hoovuskiiruse võnkumised ilmnevad väina keskel, väina lõunanõlval põhjalähedases kihis toimub ühesuunaline pulseeriv sissevool lahte ja väina põhjaranniku lähedal pidev barotroopne väljavool. Tugev tuul tekitab väinas hoovuste ebastabiilsuse, väikeste Ri (Ri<1) osakaal mõõdetud kihis (7 kuni 24 meetrit) suurenes tugeva tuule mõjul 24%-lt 85%-ni. Liivi lahe süvakihi vee põhiliseks uuenemise mehhanismiks on aeg-ajalt esinevad Läänemere vee suuremad sissevoolud (nõlva- äärse joana) läbi Irbe väina ja Liivi lahe vee samaaegne väljavool ülemises ja vahekihis (U.Lips, M.-J.Lilover, U.Raudsepp, L.Talpsepp).
 
 

Liivi lahe ja Irbe väina hüdrofüüsikaliste protsesside mudeluuringud

Numbrilised mudel-uuringud (kasutati 3-dimensionaalset tsirkulatsiooni mudelit ja horisontaalselt integreeritud kast-mudelit) lubavad väita, et Liivi lahe ja Läänemere vahelises vee- ja soolavahetuses läbi Irbe väina on tähtis osa Läänemere seissidel, mille periood on ligikaudu ööpäev, ning meretasemete ja horisontaalse tiheduse välja erinevustel Läänemere avaosa ja Liivi lahe vahel. Seisside amplituud ja seega ka hoovuse kiirus Irbe väinas sõltub tuule tugevusest ja muutlikkusest. Põhjakaarte tuulte korral maskeerib ajas muutuv kiirus veetaseme ja tiheduse erinevustest Liivi lahe ja Läänemere avaosa vahel tingitud kahekihilise aeglaselt muutuva kiiruse struktuuri, lõunakaarte tuulte korral mõjutavad ööpäevased võnkumised kiiruse amplituudi, mitte aga suunda. Irbe väinas paikneva kvaasipermanentse soolsuse frondi kuju, tugevus ja asend sõltuvad otseselt tuulest ning tuule poolt tekitatud seissidest. Veevahetus läbi Virtsu väina on barotroopne ning ööpäevaste võnkumiste osakaal on tunduvalt väiksem kui Irbe väinas. Liivi lahe temperatuuri ja soolsuse välja vertikaalse struktuuri ajaline evolutsioon on tugevalt mõjutatud barokliinsest veevahetusest läbi Irbe väina ja lokaalsetest atmosfääriprotsessidest (U.Raudsepp, Ü.Võsumaa, J.Elken).
 
 

Kvaasipermanentse tihedusliku frondi struktuur, käitumine ja mõju sinivetikate õitsemisele Soome lahe suudmealal

Soome lahe suudmealal paiknev kvaasipermanentne tiheduslik front eraldab piki Eesti rannikut levivad soolasemad Läänemere põhjaosa veemassid Soome lahe päritoluga magedamatest veemassidest. Frondi liikumine ja frontaaltsooni stratifikatsiooni muutused korreleeruvad hästi muutuvate tuuletingimustega (suund ja tugevus). Idatuuled põhjustavad soolase veemassi liikumise kaldast eemale ja frontaaltsooni stratifikatsiooni vähenemise. Läänetuuled põhjustavad magedama veemassi liikumise kalda poole ja stratifikatsiooni suurenemise. Alates teatud läänetuule tugevusest (tuule kiirus > 10 m/s) domineerib tuule poolt genereeritud turbulentne segunemine kaldasuunalise ujuvuse advektsiooni üle ja frontaaltsooni stratifikatsioon väheneb. Sinivetikate ôitsemist môjutavat toitesoolade vertikaalset transporti Soome lahe suudmeala Eesti rannatsoonis võib vaadelda kaheastmelise protsessina: 1) vertikaalne turbulentne transport nõlvalähedases joas vahekihis, mis toob nad madalamatele sügavustele ja 2) episoodiline, tugevamate tuulte (tuule kiirus >10 m/s) poolt genereeritud turbulentne transport ülemisse segunenud kihti (J.Pavelson, J.Laanemets, Soome Mereuuringute Instituudi bioloogiaosakonna teadlased).
 
 

Läänemere mesomastaapsete protsesside mudeluuringud

GFDL (Princeton) tsirkulatsioonimudeliga tehtud numbrilised eksperimendid andsid tulemuseks, et rakendatud mudeli versioon genereerib kvaasipermanentsed soolsuse frondid vaatlustest teada olevates asukohtades: Gotlandi saarest lõunas, Soome lahe suudmes, Irbe väinas. On saadud kvalitatiivsed seosed frontide migratsiooni ja veemasside leviku kohta sõltuvalt domineerivatest tuultest. Tiheda vee transport Läänemere basseine ühendavates süvakanalites on lähendatav basseinide veetiheduse erinevustest käivituva tihedusliku transpordi ja tuulest tingitud trantspordi summana. Bornholmi basseini tihedate vete tuuletransport Gdanski ja Gotlandi basseini läbi Stolpe kanali on maksimaalne kirdetuulte korral (J.Elken).
 
 

Läänemere okeanograafiliste väljade suuremastaabiliste jaotuste optimaalinterpolatsiooni metoodika

Esitatakse Läänemere temperatuuri, soolsuse ja toitesoolade kontsentratsioonide kui skalaarsete juhuslike väljade statistiline mudel, mille alusel on leitud hinnangud nimetatud ingredientide sisalduse ruumilise korrelatsioonifunktsiooni horisontaalse ja vertikaalse komponendi mastaapidele ja kasutatud andmete müra-signaal suhetele. Hinnangud baseeruvad Läänemeres aastatel 1971-1993 mõõdetud ajaloolistel monitooringuandmetel. Statistilise mudeli ja leitud hinnangute alusel on välja töötatud metoodika mõõtmisandmete 3D- objektiivinterpolatsiooniks, interpolatsioonivea arvutamiseks, andmete kvaliteedi ja monitooringuprogrammide optimaalsuse analüüsiks (A.Toompuu).
 
 

Troopilise Atlandi tsirkulatsioon ja veemassid

1986.a. talvel UL Arnold Veimer 9. reisil troopilise Atlandi ookeani kirdeosas (7-11&deg;N, 23-20&deg;W) kogutud vaatlusandmete analüüs (Liverpooli Ülikoolis) näitas, et geostroofiliste hoovuste üldpilt ülemistes kihtides (kuni 300 m) on määratud Guinea kupli asendi ja kujuga. Keeruka topograafiaga Sierra Leone tõusu poolt genereeritud pöörised ja joalised hoovused (kuni 30 cm/s) tingivad erinevate veemasside muutliku mustri segunenud kihis ja soolsuse maksimumi kihi horisontaalse jaotuse. Põhja-Atlandi ekvatoriaalne vastuhoovus eksisteeris kirdesuunalisena antud talvel (vastupidi ajaloolise vaatluskeskmise selgelt läänesuunalisele voolamisele) ja lõhenes kaheks haruks piirkonnas ~9&deg;N ja 20&deg;W (J.Pavelson).

Alustati tööd turbulentsete liikumiste kirjeldamise süsteem- ja metateoreetilisel printsiibil põhineva turbulentsiprobleemi komplektse käsitluse väljatöötamiseks; formuleeriti nimetatud käsitluse põhiprobleemistik ning selle realiseerimise programmilised ülesanded (J.Heinloo).

Jätkus mere vertikaalse struktuuri kujunemise ja muutlikkuse uurimine (J.Heinloo, Ü.Võsumaa). Vaatlusjaama "Papa" andmeil demonstreeriti kasutatava mudeli koefitsientide stabiilsust - ühe aasta vaatluste põhjal kalibreeritud mudeli koefitsientide väärtused tagasid piisava kokkulangemise mudeli tulemuste ja vaatlusandmete vahel ka järgneval perioodil (Ü.Võsumaa).

Teostati rida numbrilisi eksperimente Rossby lainete kineetilise võrrandi alusel 2-kihilise keskkonna lähenduses (Hamburgi ülikool). Tulemused näitasid, et stratifitseeritud geostroofilise turbulentsi puhul moodidevaheline interaktsioon võimaldab alati barotroopse (madalaima) moodi tsonaalset komponenti kuid kiirendab kõigi kõrgemate moodide evolutsiooni isotroopse termodünaamilise tasakaalu seisundi suunas (T.Soomere).

Veeproovide spektrofotomeetriliste mõõtmiste põhjal töötati välja metoodika vees allasuunduva kiirgusvoo nõrgenemiskoefitsiendi arvutamiseks kaudsete andmete alusel. Selleks kasutatakse veepinnale langeva kiirguse registreerimisandmeid ja uurimisalusest veekogust võetud veeproove. Tulemusena on võimalik määrata veealuse päikesekiirguse vertikaalset ja ajalist muutlikust ning vee kiirguslikku soojenemist. Järvede ja rannarajooni vete optilised ning muud omadused varieeruvad seoses bioloogiliste protsessidega, sünoptiliste tingimustega ning antropogeense häiritusega, kuid nende variatsioonide diapasoon on selgelt erinev eutrofeerunud (näiteks Võrtsjärv, Verevi ja Arbi järved, Pärnu laht) ning selgeveeliste (näiteks Äntu Sinijärv, Nohipalu Valgjärv) veekogude puhul (H.Arst, T.Kutser, S.Mäekivi, E.Kaup).
 
 

Irbe väinas läbiviidud eksperimendi andmete põhjal on kirjeldatud hoovusvälja kiiret reaktsiooni lokaalse tuule muutustele kahte basseini ühendavas madalas kanalis. Tuulest tingitud sundvõnkumiste (perioodiga 2 päeva ja enam) ning basseinide omavõnkumiste (ca 1 ööpäev) poolt moduleeritud frontaaltsirkulatsioon väinas on püsiv ja kooskõlas vee liikumise kvaasi-geostroofilise lähendusega. Kanali alumises kihis, lõunapoolsel nõlval esineb avamere vee sissevool, mis annab hinnangute põhjal (3000 m³/s) üle poole summaarsest sissevoolust Liivi lahte. Vastasnõlva vahekihi hoovus kannab Liivi lahe süvakihi vett avamere poole, omades suurt tähtsust biogeenide rikka vee transpordil eufootilisse kihti (U.Lips, M.-J.Lilover, J.Elken, U.Raudsepp, Ü.Võsumaa, J.Laanearu).

Mere tsirkulatsiooni 3D mudeli (Bryan-Cox) rakendused süsteemile avameri - Liivi laht - Soome laht näitasid, et muutliku tuule korral domineerivad Irbe väina voolamiste energiaspektris 24-tunnised võnkumised. Püsisuunaliste kagutuulte korral paikneb front Liivi lahe lääneosas ning toimub soolase vee intensiivne sissevool lahte, loodetuulte korral on front aga lükatud kaugele väinast välja. Mudeli operatiivne kasutamine samaaegselt mõõtmistega näitas mudeli sobivust eksperimendi juhtimiseks (U.Raudsepp, J.Elken).

Töötati välja ning Liivi lahe näitel rakendati algoritm sooja, soola ja toitainete koguhulkade ja nende usalduspiiride arvutamiseks, lähtudes pikaajaliste seireandmete optimaal-analüüsist. Koguhulkade määramise viga Liivi lahes moodustab 10% sesoonsete muutuste amplituudist temperatuuri puhul ning 25% anorgaanilise fosfori puhul (A.Toompuu).

Soome lahe suudmes tehtud mõõtmistega on näidatud, et Läänemere regioonide vahel paiknevatele püsifrontidele iseloomulikud termohaliinsed intrusioonid sisaldavad märkimisväärseid biogeenide anomaaliaid. Termokliini aluses kihis jälgiti 1994. a. suvel väiksemastaabilisi (vertikaalselt 2-15 m) intrusioone, kus fosfaatide kontsentratsioon oli kasvanud kuni 0.3 m mol/l ning lämmastiku kontsentratsioon kuni 0.2 m mol/l võrreldes fooniga. Intrusioonide edasine isopükniline levik vastavalt kiirusväljale omab suurt tähtsust biogeenide ümberjaotumisel mere eri osade vahel (J.Laanemets, J.Pavelson).

Suvise vetikate õitsemise lõppfaasis, kus klorofülli maksimumi kiht langeb kokku sesoonse termokliiniga, hinnati klorofülli lokaalsete muutuste bilanssi. Füüsikaliste (advektsioon ja turbulents) ja bioloogiliste ning keemiliste (fütoplanktoni kasv ja kadu, settimine jne.) protsesside poolt põhjustatud muutused on samas suurusjärgus. Vaatlusperioodil oli Soome lahe suudmes domineerivaks horisontaalne advektsioon (J.Pavelson, J.Laanemets).

Soome lahe poolavatud väikestes lahtedes toimub täielik vee ja ainevahetus tuule poolt põhjustatud tõusu- ja langusvoolude tagajärjel 20-30 päeva jooksul. Langusvoolude puhul täitub laht rannalähedaste jugahoovuste abil pinnast põhjani Soome lahe pinnakihi veega. Tõusuvoolude puhul täitub laht põhjalähedaste hoovuste abil Soome lahe põhjakihi veega. Välismõju lakates lahe stratifikatsioon taastub, kuid fütoplanktoni, bakterite, biogeenide jne uuenenud jaotus säilib (L.Talpsepp).

Suure lahutusega 3D hüdrodünaamika ja eutrofikatsiooni mudeli SYSTEM3 (Taani Hüdraulika Instituut) jaoks töötati välja avatud rajatingimuste moodul. Vaatlusandmete põhjal kalibreeritud mudeli rakendus näitas, et Tallinna ja Muuga lahte suubuvate reovete edasine puhastamine ei vähenda oluliselt nende lahtede eutrofikatsiooni (U.Raudsepp, U.Lips).

Liivi lahe pikaajaliste hüdrograafiliste muutuste uurimiseks rakendati poolsuletud basseini kastmudelit, mis koosneb lahe vertikaalse struktuuri horisontaalselt integreeritud moodulist ning veevahetuse moodulist. Võrdlus vaatlustulemustega näitas, et soolase vee sissevoolud lahte sõltuvad veetasemete vahe ajalistest muutustest (Ü.Võsumaa).

Jätkati turbulentsete liikumiste kirjeldamise süsteem- ja metateoreetilisel printsiibil põhineva turbulentsiprobleemi komplektse käsitluse väljatöötamist; viidi läbi eelnimetatud probleemi analüüs ning määratleti turbulentsi fenomenoloogilise (kontinuum) teooria koht turbulentsikirjelduste süsteem- ja metateoreetilises kontekstis (J.Heinloo).

Realiseeriti kasutatava mere vertikaalse struktuuri mudeli üldistus, arvestamaks mere põhjakihis toimuvaid protsesse (J.Heinloo). Jätkus töö mudeli tulemuste analüüsil ja tulemuste süstematiseerimisel mere ülakihis toimuvate protsesside kirjeldamisel (Ü.Võsumaa). Alustati formuleeritud mudeli võimaluste väljaselgitamist mere vahe- ja põhjakihis toimuvate protsesside kirjeldamisel (J.Heinloo, Ü.Võsumaa, K.Rannat).

Rossby lainete jätkuvaks uuringuks viidi läbi järjekordne seeria eksperimente (Grenoble Ülikool) (T.Soomere, K.Rannat).

Mereoptika: 1995

Määrati passiivse optilise kaugseire algoritmid sisevete jaoks kasutades 12 Eesti ja 5 Soome järvel tehtud mõõtmisandmeid. Leiti veeproovide spektrofotomeetrilise töötluse põhjal veealuse kiirguse vertikaalset ja spektraalset jaotust määrava meetodi sobivus ka sogaste vete jaoks (Secchi ketta näit vähem kui 1.5 m). Veealuse päikesekiirguse väärtuste konverteerimiskoefitsient energeetilisest ühikute süsteemist W m² (kasut. füüsikas) kvantühikute süsteemi m mol s^-1 m^-2 (kasut. bioloogias) sõltub sügavusest ja vee läbipaistvusest. Määrati nende sõltuvuste kvantitatiivsed parameetrid Eesti ja Soome järvede jaoks (H.Arst, T.Kutser, S.Mäekivi, A.Reinart, E.Kaup).

Tagasi lehekülje algusesse | sektori kodulehele | instituudi kodulehele

1996

Näidati Läänemere regionaalsete ökoloogiliste alasüsteemide üleminekualade seos tsirkulatsiooni ja frontaalpiirkondadega. Muutuvad füüsikalised välistingimused (atmosfääri vood, jõgede vool, Põhjamere vee sissevool) varieerivad oluliselt piirkondade vahelist vee- ja ainevahetust. Stagnatsiooniperioodi lõpus (1988-1993) ilmnes muutunud veevahetusreziimi tõttu Gotlandi süviku vahekihi ja Põhja süviku põhjakihi parem ventileerimine, mis väljendus hapnikusisalduse kasvus (1994: 4 ml/l) ning veekihi soojenemises. Ava-Läänemere basseinidele esmakordselt rakendatud 1D diagnostiline mudel andis vaatlusridade 1979-1995 lähendamisel 2-3 korda väiksemad keskmise basseinidevahelise soolase vee transpordi väärtused kui varasemad väga ligikaudsed statsionaarse oleku arvutused. Uued külgtranspordi väärtused, ca 11 000 m³/s Gotlandi süviku vahekihist Põhja süviku süvakihtidesse, annavad realistlikud halokliini vertikaalse tõusu kiiruse hinnangud (J.Elken). Tugeva tormi eel ja järel varem tehtud polügonvaatluste analüüs andis Ava-Läänemere tormiaegseks vertikaalse soolavoo hinnanguks 7*10^-6 kg m^-2 s^-1, mis ületab kirjanduses esitatud soolavoogude ülempiiri 4 korda (J.Laanemets, M.-J.Lilover).

Soome lahe suudmes tehti mitme laevaga 10-päevane intensiivne mõõdistus uurimaks frontaaltsooni hüdrodünaamika mõju vee- ja ainevahetusele ning sinivetikate õitsemisele. Soome lahe keskosas viidi läbi põhjalähedase hoovuse ja sedimentatsiooni kiiruse 40 ööpäeva pikkused mõõtmised, mis võimaldavad hinnata settiva materjali vertikaalseid ja horisontaalseid voogusid. 10-päevase intensiivse mõõdistuse jooksul Soome lahe suudmealal jälgiti Eesti rannikumeres läänekaarte tuule poolt põhjustatud tugeva downwellingu ning sellega kaasnenud joalise voolamise arengut. Mesomastaapse antitsüklonaalse pöörise formeerumist downwellingu lõppfaasis võib interpreteerida kui joalise voolamise ebastabiilsust. Eksperimendi käigus teostatud bioloogiste parameetrite mõõtmised võimaldavad uurida downwellingu ja antitsüklonaalse pöörise mõju planktoni primaarproduktsioonile ja biomassi ruumilisele jaotusele (J.Laanemets, J.Pavelson, Soome Mereuuringute Instituut, U.Lips).

Poolsuletud Liivi lahe hüdroloogia tähtsaks iseärasuseks on tsirkulatsiooni teisenemine suvekuudel tsüklonaalsest antitsüklonaalseks, millega kaasneb jõgedest sissevoolava vee ja lahe vahekihi vee intensiivistunud transport üleminekutsooni - Irbe väina. Jääkattega talvel 1993/94 hinnati kolm korda suurem veevahetus läbi Irbe väina võrreldes vähese jääga 1994/95 talvega (U.Lips, L.Mägi). Eksperimendi IRBEX-95 andmete põhjal on näidatud Irbe väinas mõõdetud hoovusvõnkumiste sõltuvust kvaasi-perioodilise tuule poolt tekitatud veetasemete erinevusest avamere ja väina vahel, kusjuures hoovusvõnkumised on samas faasis (ajanihkega 2 tundi) veetaseme muutustega ja vastasfaasis (ajanihkega 6 tundi) tuulepingega. Tugeva tuule korral (üle 10 m/s) olid hoovused võimelised lõhkuma tiheduse hüppekihti läbi nihkelise ebastabiilsuse (ebastabiilsus esines 85% ulatuses veesambast) (M.-J.Lilover, J.Laanearu).

Ranniku- ja avamere veevahetuse uurimiseks tehti ekspeditsioonilised uuringud Soome lahe lääneosas Pakri (Paldiski) lahe ja Pakri saarte piirkonnas. On leitud ligikaudu 60-tunnise perioodiga hoovuste muutlikkus Soome lahes, mida võib interpreteerida topograafiliste madalasageduslike idasuunas levivate kaldalähedaste lainetega. Selle domineeriva muutlikkuse amplituud on kuni 15 cm/s. Kaasnev püknokliini üles-alla kõikumine põhjustab perioodiliselt põhjalähedase püknokliinialuse vee sattumise eufootilisse tsooni. Muuga sadama piirkonnas tehti hoovuste mõõtmised ehitusaegse kaadatud materjali transpordi hindamiseks ning hüdrodünaamika mudeli kalibreerimiseks (L.Talpsepp).

Seireandmete interpolatsiooni statistilist mudelit rakendati Liivi lahe temperatuuri, soola ja biogeenide igakuiste koguhulkade määäramiseks 1993-1995 koos nimetatud koguhulkade statistilise usaldusväärsuse hinnanguga. Töö tulemusi kasutatakse igakuiste bilansikomponentide määramiseks (A.Toompuu).

Barokliinset tsirkulatsioonimudelit (GFDL 3D) täiendati termokliini blokiga. Mudeli verifitseerimine Liivi lahe 1995 a. mõõtmisandmete põhjal andis rahuldava tulemuse: ruutkeskmiseks veaks arvutatud ja mõõdetud temperatuuri ja soolsuse hetkväärtuste vahel saadi 0.3-0.5 PSU ja 0.5-2°C. Mudelarvutuste analüüs näitas Läänemere alambasseinide lühiajalise vee- ja ainevahetuse tugevat sõltuvust lokaalsest tuuleväljast ning ööpäevase ja inertsperioodiga protsesside suurt osatähtsust frontaaltsoonis vertikaalse segunemise indutseerimisel. Eksperimendid Liivi lahe väinade geomeetria hüpoteetilise muutmisega näitasid Muhu väina olulist rolli Liivi lahe hüdroloogilise reziimi kujunemisel (J.Elken, U.Raudsepp). Muuga sadama tellimusel tehti ehitusaegse kaadamise mõju määramiseks hoovuste arvutused (J.Elken, U.Raudsepp), mida kontrolliti hoovuste mõõtmiste tulemustega.

Määratleti turbulentsete liikumiste kirjeldamise süsteem- ja metateoreetilisel printsiibil põhineva turbulentsiprobleemi käsitluse koht turbulentsiõpetuse ajaloolises kontekstis kui iseseisevat paradigmalist tähendust omav turbulentsiprobleemi käsitlus (J.Heinloo).

Jätkusid numbrilised uuringud mere vertikaalse struktuuri prognoosil formuleeritud mudeli alusel, põhitähelepanuga mere vahe- ja põhjalähedasele kihile (Ü.Võsumaa, K.Rannat).

Jätkusid Rossby lainete alased uuringud (T.Soomere).

Kasutades aastatel 1992-96 Läänemerel ning Eesti ja Soome järvedel tehtud mõõtmisi saadi passiivse optilise kaugseire algoritmid, mis võimaldavad hinnata vee läbipaistvust ja optiliselt aktiivsete ainete hulka. Veealuste spektraalmõõtmiste põhjal kirjeldati valguse tagasihajumiskoefitsiendi spektreid erineva läbipaistvusega veekogude jaoks: nende väärtused selgeveeliste järvede jaoks olid 0.005-0.02 m^-1, tugevalt eutrofeerunud järvede jaoks 0.1-0.35 m^-1. Aastatel 1991-96 kogutud andmete töötlus andis kollase aine neeldumiskõvere kaldeparameetri muutlikkuse 0.0135-0.0189 nm^-1. Uuriti Eesti ja Soome järvede veealust valguskliimat, tuvastades suuri kontraste eri järvede vahel: eufootilise tsooni paksus fotosünteetiliselt aktiivse (PAR) spektripiirkonna jaoks oli 0.5-15 m, sügavusel 1 m oli säilinud 1-75 % pinnaalusest PAR regiooni päikesekiirgusest. (H.Arst, T.Kutser, S.Mäekivi, A.Reinart).
 
 

Soome lahe suudmes viidi läbi teine 10-päevane Eesti-Soome ühiseksperiment kahe laevaga uurimaks frontaaltsooni hüdrodünaamika mõju vee- ja ainevahetusele ning planktonkoosluste arengule (sh sinivetikate vohamisele). Osaleti rahvusvahelises eksperimendis DIAMIX. Eksperimentaalselt on näidatud meteoroloogiliste tingimuste, mesomastaapsete hüdrofüüsikaliste protsesside ja vertikaalse ainetranspordi kontrollivat mõju fütoplanktoni arengule. Seni suurima ulatusega sinivetikate vohamise 1997.a. suvel põhjustasid erakordselt kuumad ilmad, tugev soolsuslik stratifikatsioon ja põhjasetetest pH muutumise tõttu vabanenud fosforiühendite kõrge kontsentratsioon merevees. Eesti rannikul pärssis sinivetikate vohamist püsivate idatuulte poolt esile kutsutud upwelling (Muuga lahes asendus 10-28. juulil 21°C ülakihi vesi 3-5° C põhjakihi veega). Suuremad klorofüll a ja algproduktsiooni väärtused Soome lahe suudmealas leiti antitsüklonaalse pöörise keskosa ümbruses ja frondi soolasema poole vahetus perifeerias, kus kõrged klorofülli väärtused vaheldusid väga madalatega, mis mõõdeti rannikult frondini levinud külmades apvellingu filamentides (temperatuur ~ 8° C). Püsiva biogeenide juurdevooluga antitsüklonaalse pöörise sees on eelistatud kiirema reageerimisvõimega flagellaadid. Väljaspool pöörist, kus toitainete vood on seotud tuule impulssidega, on eelistatud olukorras toitaineid rakku varuvad sinivetikad. (U.Lips, J.Laanemets, J.Pavelson, L.Talpsepp, bioloogid)

Liivi lahe andmete põhjal on Irbe väinas suurima amplituudiga ööpäevased (süsteemi Liivi laht/Irbe väin omavõnkumised) ja sünoptilised hoovuste võnkumised, mis on heas kooskõlas Toulany ja Carretti mudelhoovusega (kontrollivaks faktoriks veetasemete vahe piki väina). Hoovusvõnkumiste panus veevahetusse on võrreldes regulaarse hoovusega suhteliselt väike. Püsihoovuste analüütilise mudeli järgi on läbi väina voolamist kontrollivateks parameetriteks ülesvoolu basseini potentsiaalne sügavus, stratifikatsioon, Coriolise jõud ja väina topograafia (M.-J.Lilover, J.Laanearu). Fosfor-limiteeriva ja lämmastik-limiteeriva piirkonna üleminekutsoon Liivi lahes nihkub kevadel ja sügisel, kui jõgede vooluhulk on suurem, suvisest lõunapoolsest asendist kaugemale põhja (L.Mägi, U.Lips). Tsirkulatsiooni mudeliga tehtud arvutuste põhjal kogunevad põhjalähedase kihi osakesed (fluff layer) hoovuste konvergentsi aladesse, mis langevad kokku vaatlustest teada olevate setete kogunemise aladega (J.Elken, U.Raudsepp).

Vee- ja ainevahetusprotsesside uurimiseks täiendati sektori kasutuses olevat Läänemere andmebaasi atmosfääri, jõgede ja Taani väinade veevahetuse andmetega. Analüüsiti varasemaid hoovuste ja CTD andmeid mitmes piirkonnas. Arendati ja rakendati seotud basseinide bilansi kastmudelit, 1D diagnostilist mudelit ning 3D tsirkulatsioonimudeleid. Kalibreeritud tsirkulatsioonimudeli rakendusena on arvutatud ja analüüsitud Liivi lahe näitel setete transporti. Eesti rannikumere meretaseme jaotuse interpoleerimiseks on välja töötatud statistiline mudel (J.Elken, A.Toompuu, U.Raudsepp).

Valmis venekeelne variant monograafiast "Turbulence Mechanics. Introduction to General Theory of Turbulence" (J.Heinloo).

Jätkus töö mere vertikaalse struktuuri ja seda kujundavate protsesside modelleerimisel (K.Rannat).

Jätkusid Rossby lainete alased uuringud (T.Soomere).

Töötati välja mudeli esmavariant optilise pöördülesande lahendamiseks vee heleduskoefitsiendi spektrite sarnasuse meetodil. Tähtis karakteristik mudelis on valguse spektraalne tagasihajumiskoefitsient, mille muutlikkus Eesti ja Soome järvede jaoks leiti olevat ligi kaks suurusjärku. Korrelatsioonimeetodil saadud kaugseire algoritmide võrdlus vastavate seostega avaookeani jaoks näitab nende olulist erinevust. Nõrgenemissügavuse väärtused, arvutatud vektoriaalse kiiritustiheduse nõrgenemiskoefitsiendi andmetest näitavad, et vaadeldud järvede jaoks pärinevad optilise kaugsondeerimise andmed küllalt õhukesest, vaid 0.5 - 2 m paksusest veekihist (H.Arst, A.Erm, T.Kutser, A.Reinart). Aastatel 1993-97 optilise kaugseire valdkonnas saadud tulemused võeti kokku doktoriväitekirjas "Ranniku- ja sisevete seisundi hindamine passiivse optilise kaugseire meetodil (T.Kutser). 1992-97.a. uuritud järvede vete omaduste muutlikkuse diapasoonid on suured ning nendesse piiridesse peaks mahtuma praktiliselt kõik Eesti ja Soome järved. Korrelatiivsed seosed vees sisalduvate optiliselt aktiivsete ainete ja veekogu optiliste karakteristikute vahel on enamikus mittelineaarsed ja nende kirjeldamiseks sobib hästi astmefunktsioon (H.Arst, A.Erm, T.Kutser, A.Reinart).
 
 

Toimetas: Kaja Tiks