Моделирование параметров ветрового волнения в Черном море с учетом течений

А. Д. Рыбалко1*, С. А. Мысленков1,2,3

1 Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Москва, Россия

2 Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации, Москва, Россия

3 Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

* e-mail: ryb.aleksandra1@gmail.com

Аннотация

Течения оказывают воздействие на параметры ветрового волнения, однако вопрос о том, насколько это влияние существенно для Черного моря, почти не изучен. Цель данной работы – определить масштаб и выявить пространственно-временную изменчивость влияния течений на высоту волн в Черном море. Исследование проводилось на основе результатов моделирования с использованием волновой модели SWAN и нерегулярной вычислительной сетки. В качестве входных данных использовался реанализ ветра NCEP/_CFSv_2 и данные о течениях, полученные из архива отдела дистанционных методов исследования Морского гидрофизического института РАН. Показано, что при учете циркуляции средняя высота волн в основном уменьшается. Изменения высоты незначительны относительно средних значений. Наибольшие отрицательные изменения характерны для западной и северо-восточной частей Черного моря. Здесь при учете циркуляции среднегодовые высоты волн уменьшаются на ≤ 0.1 м. Незначительное увеличение средней высоты волн характерно для южной и юго-восточной частей моря, а также для северо-западного шельфа. Увеличение среднегодовой высоты волн составляет до 0.02 м. При учете течений параметры волн меняются в наибольшей степени в зимние месяцы, в наименьшей – в конце весны и летом. В январе и феврале на большей части акватории моря учет течений изменяет среднемесячные высоты волн на –0.04…0.06 м. В июне и июле вклад течений близок к нулю. Максимальные изменения высоты волн составляют 6–10 % от среднемесячных значений.

Ключевые слова

влияние течений на волны, взаимодействие волн и течений, ветровые волны, Черное море, волновая модель, SWAN

Благодарности

Моделирование параметров волнения выполнено С.А. Мысленковым при поддержке гранта РФФИ №18-05-80088.

Для цитирования

Рыбалко А. Д., Мысленков С. А. Моделирование параметров ветрового волнения в Черном море с учетом течений // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 4. С. 40–53. EDN GBACOG. doi:10.22449/2413-5577-2020-4-40-53

Rybalko, A.D. and Myslenkov, S.A., 2020. Assessment of Current Influence on the Wind Wave Parameters in the Black Sea based on Numerical Modeling. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (4), pp. 40–53. doi:10.22449/2413-5577-2020-4-40-53 (in Russian).

DOI

10.22449/2413-5577-2020-4-40-53

Список литературы

  1. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод. М. : Мир, 1988. 324 с.
  2. Rusu L., Soares C. G. Modelling the wave–current interactions in an offshore basin using the SWAN model // Ocean Engineering. 2011. Vol. 38, iss. 1. P. 63–76. doi:10.1016/j.oceaneng.2010.09.012
  3. The impact of surface currents and sea level on the wave field evolution during St. Jude storm in the eastern Baltic Sea / M. Viitak [et al.] // Oceanologia. 2016. Vol. 58, iss. 3. P. 176–186. doi:10.1016/j.oceano.2016.01.004
  4. Liu H., Xie L. A numerical study on the effects of wave–current–surge interactions on the height and propagation of sea surface waves in Charleston Harbor during Hurricane Hugo 1989 // Continental Shelf Research. 2009. Vol. 29, iss. 11–12. P. 1454–1463. doi:10.1016/j.csr.2009.03.013
  5. Rusu L., Bernardino M., Soares C. G. Modelling the influence of currents on wave propagation at the entrance of the Tagus estuary // Ocean Engineering. 2011. Vol. 38, iss. 10. P. 1174–1183. doi:10.1016/j.oceaneng.2011.05.016
  6. Wave-current interactions in a wave-dominated tidal inlet / G. Dodet [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2013. Vol. 118, iss. 3. P. 1587–1605. doi:10.1002/jgrc.20146
  7. Rusu E. Wave energy assessments and modeling of wave–current interactions in the Black Sea // Macro-engineering Seawater in Unique Environments / Eds. V. Badescu, R. B. Cathcart. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2010. P. 213–259. doi:10.1007/978-3-642-14779-1_10
  8. Мысленков С. А., Столярова Е. В., Архипкин В. С. Система прогноза ветрового волнения в Черном море с детализацией в шельфовых зонах // Информационный сборник № 44. Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов. М. ; Обнинск : ИГ–СОЦИН, 2017. С. 126–135. URL: http://method.meteorf.ru/publ/sb/sb44/sb44.pdf (дата обращения: 11.11.2020).
  9. Wind waves in the Black Sea: results of a hindcast study / V. S. Arkhipkin [et al.] // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2014. Vol. 14, iss. 11. P. 2883–2897. doi:10.5194/nhessd-2-1193-2014
  10. Akpinar A., de León S. P. An assessment of the wind re-analyses in the modelling of an extreme sea state in the Black Sea // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2016. Vol. 73. P. 61–75. doi:10.1016/j.dynatmoce.2015.12.002
  11. Van Vledder G. P., Akpınar A. Wave model predictions in the Black Sea: Sensitivity to wind fields // Applied Ocean Research. 2015. Vol. 53. P. 161–178. doi:10.1016/j.apor.2015.08.006
  12. Моделирование ветра и волн при вторичных термических циклонах на Черном море / И. М. Кабатченко [и др.] // Метеорология и гидрология. 2001. № 5. С. 61–71.
  13. Полонский А. Б., Фомин В. В., Гармашов А. В. Характеристики ветрового волнения Черного моря // Доповіді НАН України. 2011. № 8. С. 108–112.
  14. Rusu E., Rusu L., Guedes S. C. Prediction of extreme wave conditions in the Black Sea with numerical models // Proceedings of the 9th International workshop on wave hindcasting and forecasting, September 24–29, 2006, Victoria, Canada. Victoria, Canada, 11 p. URL: http://www.waveworkshop.org/9thWaves/Papers/Rusu.pdf (date of access: 11.11.2020).
  15. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions: 1. Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999. Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. doi:10.1029/98JC02622
  16. Cистема мониторинга ветрового волнения в прибрежной зоне Черного моря на основе радиолокации, прямых наблюдений и моделирования: первые результаты / Д. В. Ивонин [и др.] // Проблемы региональной экологии. 2013. № 4. C. 172–183.
  17. Мысленков С. А., Шестакова А. А., Торопов П. А. Численное моделирование штормового волнения у северо-восточного побережья Черного моря c использованием различного ветрового форсинга // Метеорология и гидрология. 2016. № 10. С. 61–71.
  18. Le Traon P. Y., Dibarboure G., Ducet N. Use of a high-resolution model to analyze the mapping capabilities of multiple-altimeter missions // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2001. Vol. 18, iss. 7. P. 1277–1288. doi:10.1175/1520-0426(2001)0181277:UOAHRM2.0.CO;2
  19. Improved description of the ocean mesoscale variability by combining four satellite altimeters / Pascual A. [et al.] // Geophysical Research Letters. 2006. Vol. 33, iss. 2. L02611. doi:10.1029/2005GL024633
  20. Kubryakov A. A., Stanichny S. V. Mean dynamic topography of the Black Sea, computed from altimetry, drifter measurements and hydrology data // Ocean Science. 2011. Vol. 7, iss. 6. P. 745–753. doi:10.5194/os-7-745-2011
  21. Gippius F. N., Myslenkov S. A. Black Sea wind wave climate with a focus on coastal regions // Ocean Engineering. 2020. Vol. 218. 108199. doi:10.1016/j.oceaneng.2020.108199
  22. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. 209 с.
  23. Akpınar A., Bingölbali B., Van Vledder G. P. Wind and wave characteristics in the Black Sea based on the SWAN wave model forced with the CFSR winds // Ocean Engineering. 2016. Vol. 126. P. 276–298. doi:10.1016/j.oceaneng.2016.09.026
  24. Титов В. Б., Прокопов О. И. Характерные черты динамики и структуры вод прибрежной зоны Черного моря // Метеорология и гидрология. 2002. № 5. С. 59–67.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)