Степанов Дмитрий Вадимович

Учёная степень
к.ф.-м.н.
Дополнительно
Важнейшие достижения
  • Роль стратификации плотности во фронтогенезе на экваториальном пикноклине
  • Причины межгодовой и декадной изменчивости циркуляции вод на промежуточных горизонтах и в глубоководных слоях Японского моря
  • Оценка пространственного масштаба мезомасштабной динамики вод Охотского моря
  • Регистрация сильно-нелинейного внутреннего волнового бора в з. Петра Великого

Научные результаты 2016-2021 гг.

Используя современные базы данных, получены оценки бароклинного радиуса деформации Россби в бассейне Охотского моря, что позволило оценить характерный пространственный масштаб мезомасштабной динамики. Успешно применена методика оценки первого бароклинного радиуса деформации Россби в прибрежных зонах, основанная на численном решении краевой задачи на собственные значения для вертикальной структуры вертикальной скорости внутренних гравитационных волн. (Степанов Д.В.)

На основе данных численного моделирования на вихре-допускающем пространственном разрешении в первой половине года на восточном шельфе о. Сахалин выявлены мезомасштабные вихревые образования. Даны оценки пространственно-временных масштабов этих образований, а также их энергетика. Установлено, что нестационарная составляющая напряжения трения ветра, а также бароклинная неустойчивость Восточно-Сахалинского течения играют ведущую роль в формировании этих образований. (Степанов Д.В.)

Восточный шельф о. Сахалин – район интенсивных геолого-разведывательных и нефтедобывающих работ. Оценка и прогноз последствий техногенного характера требует проведения исследований динамики шельфовых вод. Методами численного моделирования исследованы особенности мезомасштабной изменчивости циркуляции вод на восточном шельфе о. Сахалин в первой половине года. Установлено, что вдольбереговая составляющая Восточно-Сахалинского течения бароклинно неустойчива, что приводит к формированию антициклонических вихрей. Наличие этих вихрей приводит к интенсификации водообмена между шельфом и открытым морем, а также вертикального перемешивания вод, оказывая значительное влияние на экосистему восточного шельфа о. Сахалин. (Д.В. Степанов) На основе данных численного моделирования циркуляции Охотского моря (ОМ) с 1986 по 2015 гг исследовался ее отклик у побережья о. Сахалин на прохождение глубоких циклонов. Впервые, расчет циркуляции ОМ проводился с помощью вычислительного комплекса COSMO-RU-INMOM-CICE, который позволил явно воспроизвести мезомасштабную динамику атмосферы и моря. Проведена классификация экстремальных атмосферных событий (ЭАС), связанных с интенсивной циклонической активностью. Для всех типов циклонов на шельфе о. Сахалин выявлена значительная интенсификация течений южного направления от поверхности до дна. На границе шельфа, эти течения интенсифицировались в приповерхностном и придонном слоях при прохождении циклонов, а на промежуточных горизонтах при прохождении фронтов. На континентальном склоне, в зависимости от типа циклонов, течения южного направления интенсифицировались в приповерхностном слое, на промежуточных горизонтах и у дна. (Н.А. Дианский, Д.В. Степанов, В.В. Фомин, М.М.Чумаков)

Проблема рассеяния и агрегации различных трассеров в океане вызывает большой интерес. Такие трассеры могут быть естественными характеристиками океанской воды, такими как температура и соленость, или различными опасными примесями, такими как пластик и нефть. Важным аспектом плавающих примесей является их способность образовывать ярко выраженные кластеры, которые представляют собой скопления в изолированных пятнах. Понимание и предсказание динамики этого явления является одной из проблем современной океанографии. Установлено в какой степени, кластеризации плавающих трассеров зависит от кинематических характеристик поля скорости на поверхности океана. Несмотря на то, что теория кластеризации в случайных полях скорости хорошо развита, влияние крупномасштабных регулярных структур, таких, как вихри или струйные течения на процесс кластеризации плохо изучен. Методами численного моделирования изучен процесс кластеризации примеси в окрестности вихрей в регулярном модельном поле скорости с добавлением случайного дивергентного поля скорости. Было показано, что на малых временах эффективность и скорость кластеризации возрастают в окрестности вихрей. Со временем интенсивность кластеризации замедляется. На больших временах кластеры начинают разрушаться под действием эффектов хаотической адвекции. (Д.В. Степанов, К.В. Кошель, Е.А. Рыжов, П. Берлов)

Японское море – хорошо вентилируемый бассейн с высоким содержанием растворенного кислорода. Трудности в получении количественных оценок диапикнического перемешивания, турбулентных потоков тепла, соли и кислорода, связаны с отсутствием инструментальных измерений. Впервые на основе продолжительных данных высокого вертикального разрешения, полученных с помощью профилографа «АКВАЛОГ» на континентальном склоне в северо-западной части Японского моря с апреля по октябрь 2015 г., а также концепции тонкоструктурной параметеризации, получены оценки коэффициента вертикального турбулентного перемешивания, а также турбулентных потоков тепла, соли и кислорода. Средний профиль коэффициента вертикального турбулентного перемешивания продемонстрировал интенсификацию перемешивания с глубиной. Интенсификация турбулентного перемешивания зарегистрирована в периоды смены муссона и сильных штормов. Установлено, что наличие мезомасштабных вихрей, является одной из причин интенсификации турбулентных потоков тепла соли и кислорода. Благодаря турбулентному перемешиванию формируется интенсивный поток растворенного кислорода в нижележащие слои, который наиболее интенсивен в периоды прохождения мезомасштабных вихрей через станцию. (Ostrovskii A., Stepanov D., Kaplunenko D., Park J.-H., Park Y.-G., Tishchenko P.)

Ключевые публикации
  1. Stepanov D, Fomin V, Gusev A, Diansky N. Mesoscale Dynamics and Eddy Heat Transport in the Japan/East Sea from 1990 to 2010: A Model-Based Analysis. // Journal of Marine Science and Engineering. 2022.
  2. Ostrovskii A., Stepanov D., Kaplunenko D., Park J.-H., Park Y.-G., Tishchenko P. Turbulent mixing and its contribution to the oxygen flux in the northwestern boundary current region of the Japan/East Sea, April–October 2015 // Journal of Marine Systems. 2021. Vol. 224. P. 103619.
  3. Dmitry V. Stepanov, Eugene A. Ryzhov, Alexei A. Zagumennov, Pavel Berloff, Konstantin V. Koshel Clustering of floating tracer due to mesoscale vortex and submesoscale fields // Geophys. Res. Lett. 2020. Vol. 47, N3. P. e2019GL086504.
  4. Stepanov Dmitry, Ryzhov Evgeny, Berloff Pavel, Koshel Konstantin Floating tracer clustering in divergent random flows modulated by an unsteady mesoscale ocean field // Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics. 2020. Vol. 114. N 04-05. P. 690-714.
  5. Н.А. Дианский, Д.В. Степанов, В.В. Фомин, М.М. Чумаков Циркуляция вод у северо-восточного побережья острова Сахалин при прохождении трех типов глубоких циклонов над Охотским морем // Метеорология и гидрология. 2020. № 1. С. 45 – 58.
  6. Dmitry V. Stepanov, Nikolay A. Diansky, Vladimir V. Fomin Eddy energy sources and mesoscale eddies in the Sea of Okhotsk // Ocean Dynamics. 2018. Vol. 68. P. 825 – 845.
  7. Stepanov D.V. Mesoscale eddies and baroclinic instability over the eastern Sakhalin shelf of the Sea of Okhotsk: a model-based analysis // Ocean Dynamics. 2018. Vol. 68. P. 1353 – 1370.
  8. Н.А. Дианский, В.В. Фомин, М.М. Чумаков, Д.В. Степанов Ретроспективные расчеты циркуляции и ледяного покрова Охотского моря на основе современных технология численного моделирования // Вести газовой науки. 2017. № 4 (32). С. 82 – 93.
  9. Д.В. Степанов Оценка бароклинного радиуса деформации Россби в Охотском море // Метеорология и гидрология. 2017. № 9. С. 83 – 89.
  10. И.О. Ярощук, А.П. Леонтьев, А.В. Кошелева, А.А. Пивоваров, А.Н. Самченко, Д.В. Степанов, А.Н. Швырев Об интенсивных внутренних волнах в прибрежной зоне залива Петра Великого (Японское море) // Метеорология и гидрология. 2016. № 9. С. 55 – 62.
  11. В.В. Новотрясов, С.П. Захарков, Д.В. Степанов Осенний внутренний прилив в прибрежной зоне Японского моря // Метеорология и гидрология. 2016. №8. С. 64 – 69.
  12. Н.А. Дианский, Д.В. Степанов, А.В. Гусев, В.В. Новотрясов Роль ветрового и термического воздействий в формировании изменчивости циркуляции вод в Центральной котловине Японского моря с 1958 по 2006 гг. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 2. С. 234–245.
  13. V.V. Novotryasov, D.V. Stepanov, I.O. Yaroshchuk Observations of internal undular bores on the Japan/East Sea shelf-coastal region // Ocean Dynamics. 2016. Vol. 66. P. 19–25.
  14. Д.В. Степанов, Н.А. Дианский, В.В. Новотрясов Численное моделирование циркуляции вод центральной части Японского моря и исследование ее долгопериодной изменчивости в период 1958-2006 гг. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 1. С. 84 – 96.
  15. D.V. Stepanov, V.V. Novotryasov Sub-inertial modulation of nonlinear Kelvin waves in the coastal zone // Nonlinear Process in Geophysics. 2013. Vol. 20. P. 357–364.
  16. D.V. Stepanov and V. Novotryasov Internal Kelvin wave frontogenesis on the equatorial pycnocline // Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics. 2011. Vol. 105, № 04-05. P. 438 - 452.
  17. E. Ryzhov, K. Koshel, D. Stepanov Background current concept and chaotic advection in an oceanic vortex flow // Theoretical and Computational Fluid Dynamics, 2010, Vol. 24, pp. 59–64.
  18. Y. G. Izrailsky, K. V. Koshel, D. V. Stepanov Determination of the optimal exictation frequency range in background flow // Chaos. 2008. Vol. 18. P. 013107.
  19. Кошель К.В., Степанов Д.В. О хаотической адвекции индуцированной топографическим вихрем бароклинного океана // Доклады АН. 2006. Т. 407, № 4. С. 542 – 546.
  20. Козлов В.Ф., Кошель К.В., Степанов Д.В. Влияние границы на хаотическую адвекцию в простейшей модели топографического вихря // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41, № 2. С. 99 – 109.
Конференции
  • JpGU Virtual Meeting 2021
  • JpGU-AGU Virtual Meeting 2020
  • The 11th International Workshop on Modeling the Ocean (IWMO2019) Tsinghua University – National Supercomputing Center 17-20 June 2019 Wuxi, China
  • CLIVAR meetings (Циндао (Китай), 2016)
  • PICES meetings (Хабаровск(Россия), 2011; Хиросима (Япония), 2012; Нанаймо (Канада), 2013; Циндао (Китай), 2015; Владивосток (Россия), 2017)
  • 2nd International workshop Nonlinear processes in oceanic and atmospheric flows (Мадрид (Испания), 2012)
Награды

Премия имени академика В.И. Ильичева за серию работ «Исследование процессов горизонтального переноса и перемешивания в краевых областях океана», 2013 г.

Научные интересы
  • Климатическая изменчивость дальневосточных морей
  • Ретроспективное численное моделирование крупно- и мезомасштабной динамики вод Японского и Охотского морей
  • Мезомасштабная динамика и ее вклад в климатическую изменчивость теплосодержания вод дальневосточных морей
  • Неустойчивость крупномасштабных течений
  • Сильно-нелинейные внутренние волны
  • Диапикническое перемешивание и вклад мезомасштабных вихрей в ее интесификацию
Научные проекты
  • 19-17-00006 «Разномасштабные когерентные структуры в дальневосточных морях России и в северо-западной части Тихого океана и их значение для биопродуктивности и рыбного промысла», рук. Пранц С.В.
  • Гранты Президента РФ молодым российским ученым: МК-1364.2008.5, МК-2962.2012.5
  • Проекты РФФИ: 14-05-00017, 14-05-00255, 16-05-00534, 17-05-00035, 19-55-10001, 20-05-00083
  • Проекты РНФ: 19-17-00006
Научные сообщества

Член Японского геофизического союза (Japan Geoscience Union) с 2020 г. по настоящее время

Образование
  • Дальневосточный государственный технический университет им. В.В. Куйбышева (2003), Магистр прикладной математики и информатики
  • Кандидат физико-математических наук (2006)
Перспективы

Роль мезомасштабных процессов в формировании климатической изменчивости циркуляции вод Японского и Охотского морей.