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. doi:10.22449/2413-5577-2020-4-40-53

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.

Скачать статью в PDF-формате