Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма

Для прибрежной зоны Западного Крыма с помощью модели SWAN рассчитаны характеристики волн по типовым полям ветра и по данным ре-анализа приземного ветра JRA за 1979 – 2008 гг. Проанализированы особенности волновых полей для волноопасных направлений ветра. Получены поля максимальных высот волн по...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Харитонова, Л.В., Фомин, В.В.
Мова:	Russian
Опубліковано:	Морской гидрофизический институт НАН Украины 2011
Теми:	Морские берега Украины
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109513
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма / Л.В. Харитонова, В.В. Фомин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 25, т. 1. — С. 26-37. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-109513
record_format	dspace
spelling	Харитонова, Л.В. Фомин, В.В. 2016-12-01T16:57:25Z 2016-12-01T16:57:25Z 2011 Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма / Л.В. Харитонова, В.В. Фомин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 25, т. 1. — С. 26-37. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109513 551.466.2 Для прибрежной зоны Западного Крыма с помощью модели SWAN рассчитаны характеристики волн по типовым полям ветра и по данным ре-анализа приземного ветра JRA за 1979 – 2008 гг. Проанализированы особенности волновых полей для волноопасных направлений ветра. Получены поля максимальных высот волн по месяцам и статистические характеристики параметров волн в характерных точках исследуемой акватории на основе 30-ти летнего массива волновых полей. Для прибережної зони Західного Криму за допомогою моделі SWAN розраховані характеристики хвиль по типових полях вітру і за даними ре-аналізу приземного вітру JRA за 1979 – 2008 рр. Проаналізовані особливості хвилевих полів для волноопасних напрямів вітру. Отримані поля максимальних висот хвиль по місяцях і статистичні характеристики параметрів хвиль в характерних точках досліджуваної акваторії на основі 30-ти літнього масиву хвилевих полів. Using SWAN model in the coastal area of the Western Crimea the wave parameters are received on the basis of the standard wind fields and re-analysis of the surface wind JRA for 1979 – 2008. The peculiarities of wave fields are analysed for wave hazardous wind directions. The fields of overall wave heights in every month and statistical descriptions of wave parameters are got in the characteristic points of the water area under investigation using 30 years wave fields data set. ru Морской гидрофизический институт НАН Украины Морские берега Украины Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма
spellingShingle	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма Харитонова, Л.В. Фомин, В.В. Морские берега Украины
title_short	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма
title_full	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма
title_fullStr	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма
title_full_unstemmed	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма
title_sort	численное моделирование ветрового волнения у западного побережья крыма
author	Харитонова, Л.В. Фомин, В.В.
author_facet	Харитонова, Л.В. Фомин, В.В.
topic	Морские берега Украины
topic_facet	Морские берега Украины
publishDate	2011
language	Russian
publisher	Морской гидрофизический институт НАН Украины
description	Для прибрежной зоны Западного Крыма с помощью модели SWAN рассчитаны характеристики волн по типовым полям ветра и по данным ре-анализа приземного ветра JRA за 1979 – 2008 гг. Проанализированы особенности волновых полей для волноопасных направлений ветра. Получены поля максимальных высот волн по месяцам и статистические характеристики параметров волн в характерных точках исследуемой акватории на основе 30-ти летнего массива волновых полей. Для прибережної зони Західного Криму за допомогою моделі SWAN розраховані характеристики хвиль по типових полях вітру і за даними ре-аналізу приземного вітру JRA за 1979 – 2008 рр. Проаналізовані особливості хвилевих полів для волноопасних напрямів вітру. Отримані поля максимальних висот хвиль по місяцях і статистичні характеристики параметрів хвиль в характерних точках досліджуваної акваторії на основі 30-ти літнього масиву хвилевих полів. Using SWAN model in the coastal area of the Western Crimea the wave parameters are received on the basis of the standard wind fields and re-analysis of the surface wind JRA for 1979 – 2008. The peculiarities of wave fields are analysed for wave hazardous wind directions. The fields of overall wave heights in every month and statistical descriptions of wave parameters are got in the characteristic points of the water area under investigation using 30 years wave fields data set.
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109513
citation_txt	Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма / Л.В. Харитонова, В.В. Фомин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2011. — Вип. 25, т. 1. — С. 26-37. — Бібліогр.: 15 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT haritonovalv čislennoemodelirovanievetrovogovolneniâuzapadnogopoberežʹâkryma AT fominvv čislennoemodelirovanievetrovogovolneniâuzapadnogopoberežʹâkryma
first_indexed	2025-11-27T03:05:27Z
last_indexed	2025-11-27T03:05:27Z
_version_	1850795962364067840
fulltext	26 УДК 5 5 1 .4 66 .2 Л .В .Харитонова , В .В .Фомин Морской гидрофизический институт НАН Украины, г.Севастополь ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОВОГО ВОЛНЕНИЯ У ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ КРЫМА Для прибрежной зоны Западного Крыма с помощью модели SWAN рассчитаны характеристики волн по типовым полям ветра и по данным ре-анализа приземного ветра JRA за 1979 – 2008 гг. Проанализированы особенности волновых полей для волноопасных направлений ветра. Получены поля максимальных высот волн по месяцам и статистические характеристики параметров волн в характерных точках исследуемой акватории на основе 30-ти летнего массива волновых полей. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : статистические характеристики, волнение, волноопас- ные направления ветра, Западный Крым. На побережье Западного Крыма открываются широкие возможности для развития курортно-рекреационного природопользования. В настоящее время здесь возрастает хозяйственная деятельность, связанная с освоением прибрежных территорий, развитием прибрежной инфраструктуры. Пере- численные обстоятельства требуют детальных исследований характеристик ветрового волнения в прибрежной зоне указанного региона на основе чис- ленного моделирования. Основные режимно-климатические особенности Черноморского регио- на представлены в работах [1, 2] и атласах [3, 4]. Анализу данных наблюде- ний за ветром и волнением на береговых станциях Западного Крыма посвя- щены работы [5 – 7]. Согласно этим работам, скорость ветра и высота волн имеют хорошо выраженный годовой ход с максимумом в холодный период и минимумом в теплый. Зимой в прибрежной зоне Западного Крыма сред- немесячные скорости ветра могут достигать 5,0 – 11,4 м/с, летом их значе- ния уменьшаются до 1,7 – 4,6 м/с. Ветры ураганной силы, скорость которых превышает 25 м/с чаще всего наблюдаются в ноябре – марте, при этом вы- соты волн в бухтах достигают 1,0 – 1,5 м, а на мысах 6 – 7 м и более. На побережье от г.Саки до м.Херсонес (рис.1) преобладают северные (23 %), южные (22 %) и северо-восточные (15 %) ветры. Наибольшая повто- ряемость случаев самых сильных штормов соответствует штормам от юго- западного (0,3 %) и западного (0,1 %) направлений. В районах м.Тарханкут и г. Евпатория преобладают сильные северо-восточные, восточные штормо- вые ветры, направленные от берега, однако волноопасными являются юж- ные (0,7 %), юго-западные (0,3 %) и западные (0,1%) ветры. На северо- западном побережье Крыма (Стерегущее, Черноморское) отмечается значи- тельная повторяемость сильных ветров от северо-восточного, восточного и северного направлений, дующих, в основном, вдоль побережья. Макси- мальную повторяемость имеют штормы от юго-западного, западного и се- веро-западного направлений, генерируемые штормовыми ветрами (> 10 м/с) западного и северо-западного волноопасных направлений (по 0,6 %).  Л .В .Харитонова , В .В .Фомин , 2011 27 Технологии моделирова- ния. Для моделирования ветро- вого волнения у западного по- бережья Крыма использовалась параллельная версия спектраль- ной волновой модели SWAN (Simulating Waves Nearshore) [8]. Расчеты выполнялись на вычис- лительном кластере Морского гидрофизического института НАН Украины [9]. Параметри- зация донного трения в модели учитывалась на основе аппрок- симации Гранта-Мадсена [10]. Было проведено две серии чис- ленных экспериментов. В первой серии численных экспериментов моделировались стационарные поля волнения (далее типовые поля волнения), сформированные однородными по пространству и постоянными по времени ветрами волноопасных направлений [5]. Для повышения точно- сти расчетов применялся 3-х шаговый метод вложенных сеток. На первом шаге рассчитывалось волнение для всего Азово-Черноморского бассейна с горизонтальным разрешением ~ 4,5 км (сетка 246 × 160). Далее проводился расчет волнения для акватории, прилегающей к Западному Крыму с гори- зонтальным разрешением ~ 200 м (сетка 870 × 1000). В качестве граничных условий на жидкой границе брались результаты расчетов на первом шаге. На заключительном шаге рассчитывалось волнение в прибрежной зоне Ев- патории с горизонтальным разрешением ~ 15 м (сетка 1000 × 480). На жид- ких границах использовались результаты моделирования со второго шага. На всех трех шагах разрешение модели по угловой координате составляло 10°, частотный интервал равнялся 0,04 – 2 Гц. Во всех случаях скорость ветра составляла 10 м/с. Во второй серии численных экспериментов моделировалось нестацио- нарное волнение на основе ретроспективных данных о скорости и направ- лении приводного ветра JRA за период 1979 – 2008 гг. [11]. Основываясь на результатах работы [12], где проводилась валидация модели SWAN по дан- ным JRA, зональная и меридиональная компоненты скорости приводного ветра умножались на поправочный коэффициент 1,3. Применялся 2-х шаго- вый метод вложенных сеток. На первом шаге, как и в предыдущем случае, рассчитывалось волнение для всего Азово-Черноморского бассейна. Далее проводился расчет волнения для акватории, прилегающей к Западному Крыму с горизонтальным разрешением ~ 600 м (сетка 217 × 250). При этом в качестве граничных условий на жидкой границе брались результаты рас- четов с предыдущего шага. Разрешение модели по угловой координате со- Р и с . 1 . Карта-схема рельефа дна у Запад- ного Крыма с обозначением точек расчета статистических характеристик волнения. 28 ставляло 15°, частотный интервал равнялся 0,02 – 2 Гц. Шаг интегрирова- ния по времени составлял 10 мин. Весь расчет полей на вычислительном кластере длился около 15 суток. Характеристики ветрового волнения для типовых полей ветра. Согласно [5 – 7], основными факторами, формирующими режим волнения в исследуемой акватории, являются скорость ветра, распределение глубин и эффективные разгоны. Поэтому в зависимости от конфигурации берегов и их экспозиции относительно ветра, генерирующего волнение, прибрежные районы исследуемой области испытывают различное волновое воздействие. Для побережья Западного Крыма в ветро-волновом режиме в значи- тельной мере ощущается блокирующее влияние мысов Херсонес и Тархан- кут (рис.1). В зависимости от положения района берега от относительно этих выступов берега изменяется активный волновой сектор. Так район от м.Херсонес до г.Саки имеет меридиональную ориентацию и довольно при- глубые берега, поэтому интенсивное волнение из открытого моря беспре- пятственно приникает в береговую зону, затрачивая незначительную часть энергии на придонное трение. Берег от Сакской пересыпи до м.Евпаторийский открыт для сильных волн в секторе 190 – 240° (юг – юго- запад), а для побережья от м.Евпаторийский до м.Урет активный волновой сектор составляет 170 – 290° (юг – северо-запад-запад). Берег Каркинитского залива от м.Тарханкут до Сиваша простирается с юго-запада на северо-восток. Каркинитский залив мелководен, имеет слож- ную конфигурацию берега и рельеф дна с системой банок (рис.1). Это спо- собствует значительной трансформации волн, приходящих из открытого мо- ря [5]. Наиболее интенсивное волнение, имеющее разгон более 200 км для данного участка, может приходить из сектора 240 – 285° (юго-запад – северо- запад). Особенностью данного региона является наличие выдвинутой в море на 8 км Бакальской косы, что обусловило существование к востоку от нее волновой тени для волн западного сектора. Для волн восточного сектора раз- гон мал (не более 30 км) и они не могут достигать значительных размеров. На рис.2 показано пространственное распределение высот значитель- ных волн и среднее направление волнения для районов Западного Крыма для 8 направлений ветра, вызванное ветром 10 м/с. При западном ветре (рис.2, а) конфигурация изолиний высот волн в це- лом повторяет очертания берегов. Вследствие рефракции, волновые фронты стремятся занять положение параллельное изобатам. Это приводит к тому, что волны отклоняются от генерального направления ветра на 30 – 40º вда- ли от берегов и до 90º вблизи мысов. Высота волн при таком ветре у берегов от м.Херсонес до м.Тарханкут составляют ~ 1,7 м. Наиболее близко изоли- ния 1,7 м подходит к берегу южнее м.Луккул. С восточной стороны мысов Урет, Евпаторийский (Мойнакскай бухта) и Карантинный наблюдается зна- чительное уменьшение высот волн, обусловленное блокирующим влиянием мысов. В Каринитский залив при западном ветре приходят волны высотой 1,6 м. По мере продвижения вглубь залива высота их уменьшается: уже у Бакальской косы высота волн составляет 0,9 м, а в вершине залива не пре- вышает 0,8 м. Изолинии высот волн в Каркинитском заливе в значительной мере повторяют структуры рельефа дна, образуя области минимумов над 29 Бакальской, Чумрюкской и Каланчакской банками. Для юго-западного ветра картина волнения подобна предыдущему слу- чаю (рис.2, б), однако волнение оказывается более интенсивным для района к северо-западу от г.Саки. Изолиния 1,7 м находится в непосредственной близости от берега на участке от м.Евпаторийский до м.Тарханкут, волны на этом участке подходят практически под прямым углом к берегу. Южнее г.Саки наблюдается отклонение изолинии 1,7 м, что связано с ограничи- вающим влиянием м.Херсонес, однако волны в этом районе подходят к бе- регу под углами 45 – 60°, при которых может происходить наиболее интен- сивное перемещение наносов [13]. Локальное уменьшение высот волн на- блюдается в районе п.Песчанное, Евпаторийской и Мойнакской бухт, где ветро-волновую тень создают мысы Лукулл, Карантинный и Евпаторийский соответственно. В Каркинитском заливе при юго-западном ветре наблюда- ется усиление волнения. Вдоль северо-западного побережья Тарханкутского полуострова волны следуют практически параллельно берегу, в результате рефракции отклоняясь вправо по ходу движения на 30 – 45°. К Бакальской косе подходят волны высотой 0,9 – 0,8 м, отклоненные от задаваемого на- правления ветра на 25 – 30°. В зоне ветро-волновой тени от Бакальской ко- сы высота волн не превышает 0,4 м. При южном ветре (рис.2, в) направление волнения на большей части акватории почти совпадает с направлением ветра. Исключение составляет район восточнее м.Евпаторийский и Каркинитский залив, где заметно от- клонение волн от ветра вправо на 15 – 20º. Поле высот волн в этих районах имеет заметную зональную неоднородность, которая проявляется в умень- шении высот волн в восточном направлении: от 1,7 м – в открытой части акватории до 0,5 м – у входа в Севастопольскую бухту, 0,7 м – у м.Луккул, 0,6 м – у западного берега Бакальской косы. Указанная особенность связана с блокирующим влиянием мысов Херсонес и Тарханкут и различиями в эф- фективных разгонах волн. Если северо-восточнее этих мысов величина раз- гонов эквивалентна расстоянию от м.Херсонес до м.Евпаторийский (60 км) и ширине Каркинитского залива (45 – 60 км), то для остальных районов раз- гоны существенно больше и оцениваются расстоянием по меридиану от м.Евпаторийский до южного побережья Черного моря, что составляет по- рядка 350 – 400 км. При южном ветре береговой зоны района Евпатории достигают волны, высотой 1 – 1,2 м у выступов берега и 1 – 0,7 м в бухтах. При восточном и северо-восточном направлениях ветра (рис.2, д, е) ин- тенсивность волнения существенно меньше, чем в предыдущих случаях. Высоты волн в прибрежной зоне максимальны у мысов Тарханкут и Херсо- нес, их значения не превышают 1,1 – 1,2 м. Волнение у Западного Крыма направлено от берега. При восточном ветре исключением является район от Евпаторийской бухты до м.Урет, куда в результате рефракции под углом 30 – 50° к берегу приходят волны, высотой до 1 м. При северо-восточном ветре к берегам от п.Песчаное до Севастополя подходят волны высотой 0,7 – 0,9 м, формируемые на акватории Калимитского залива. В Каркинитском заливе при таких ветровых ситуациях поле значительных высот волн имеет схожую структуру. К берегам Крыма волны подходят под острым углом. Максималь- ные разгоны сопоставимы с длиной залива (~ 70 – 100 км), в результате чего 1 а) б) в) г) а б в г д) е) ж) з) д е ж з Р и с . 2 . Высота значительных волн (м) и среднее направление волнения у Западного Крыма при западном (а), юго-западном (б), южном (в), юго-восточном (г), восточном (д), северо-восточном (е), северном (ж) и северо-западном (г) ветрах 10 м/с. 31 значения высот волн увеличиваются к западу и у входа в залив составляют 1,1 – 1,2 м. Западный берег Бакальской косы расположен в зоне ветро-вол- новой тени, а в залив к востоку от косы приходят волны, высотой 0,7 – 0,8 м. Для северного ветра картина подобна предыдущему случаю (рис. 2ж), однако волнение оказывается на 30–40% интенсивнее. Наибольшие значе- ния высот волн на открытых участках акватории достигают 1,5 м. К север- ному берегу Гераклейского полуострова приходят волны, высотой до 1,3 м. В Каркининитском заливе волны распространяются практически под пря- мым углом к берегу Крыма. При северо-западном ветре (рис.2, з) интенсивность волнения увеличи- вается, что можно связать с увеличением разгона волн до 250 км. Макси- мальные высоты волны достигают у м.Херсонес (1,6 м), куда приходят вол- ны от берегов района Одессы. В результате влияния м.Тарханкут волнение на акватории от м.Луккул до м.Тарханкут ослаблено. К входу в Каркинит- ский залив приходят волны, высотой 1,4 м, ослабляясь по мере продвиже- ния вглубь залива, у Бакальской косы высота их уже достигает 0,9 м, а вос- точнее не превышает 0,7 – 0,8 м. Характеристики ветрового волнения по данным ре-анализа при- водного ветра JRA. В результате расчетов по ветровым полям ре-анализа JRA за период 1979 – 2008 гг. получен массив полей высот, направлений и периодов ветровых волн у берегов Западного Крыма на регулярной сетке c шагом по пространству ~ 600 м и дискретностью по времени 6 ч (всего 43832 поля). Расчетный период охватывает 30-тилетний отрезок после кли- матического сдвига 1976 – 1977 гг. [14], и, следовательно, адекватно харак- теризует современный ветро-волновой режим исследуемой акватории. Расчетные поля максимальных высот значительных волн у берегов За- падного Крыма для каждого месяца приведены на рис.3. Как видно, наи- большие высоты волн, возможные 1 раз в 30 лет, наблюдаются в холодное время года (октябрь – март) с максимумом в ноябре. В этот период высоты волн 6 – 7 м отмечаются преимущественно в юго-западном районе иссле- дуемой области, в береговой зоне волны не превышают 5 – 6 м у мысов Тарханкут и Херсонес, 4 м – в Каламитском и 2 – 3 м – в Каркинитском за- ливах. В теплое время года (апрель-сентябрь) высоты значительных волн не превышают 4 м по всей расчетной акватории и соответствуют минимуму ветровой активности. Для получения статистической информации о характеристиках волне- ния в прибрежных районах Западного Крыма из 30-ти летнего массива вол- новых полей были выбраны временные ряды с 6-ти часовой дискретностью (43832 отсчетов) для нескольких характерных точек, расположенных: на изобате 20 м в центральной части Каламитского залива (1); на изобатах 50 м к западу от м.Тарханкут (2), на траверзе оз.Донузлав (3), в Каламитском за- ливе (4), к северу от г.Севастополь (5), у м.Херсонес (6). Положение и коор- динаты точек приведены на рис.1 и в табл.1. Как показал анализ, выбранные временные ряды имеют незначимые положительные линейные тренды. Для каждого ряда были построены гистограммы распределения высот значительных волн более 1,25 м и средних периодов волнения (рис.4, 5). Пер- вая точка соответствует Каркинитскому заливу и характеризуется наимень- 32 Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Сентябрь Ноябрь Октябрь Декабрь Р и с . 3 . Максимальные высоты значительных волн у Западного Крыма по меся- цам за 1979 – 2008 гг. по данным ре-анализа JRA. 33 шими высотами волн (около 3,25 м), в ос- тальных точках высо- ты могут составлять 5,5 – 6 м. Самые боль- шие волны соответст- вуют точке 5, распо- ложенной к северу от г.Севастополь у п.Ка- ча. Во всех анализи- руемых точках наи- более часто повторя- ются волны высотой 1,5 м (точка 1 37 %, точки 2 – 6 более 28 %). Высоты волны 2 м в Каламит- ском заливе имеют повторяемость 7 %, в остальных районах 10 – 12 %. Для волн высотой более 1,25 м в Каламитском заливе наиболее характерным является период 4 с, повторяемость которого составляет 70 %. Период 3 с встречается более чем в 20 % случаев, 5 с – в 7 % случаев. В точках 2 – 6 волны с периодом 4 с имеют повторяемость 55 – 62 %, а с периодами 3 и 5 с встречаются в 12 – 28 % случаев. На рис.6, 7 для точек 1 – 6 приведены интегральные функции распреде- ления [15] высот значительных волн и средних периодов, позволяющие оценить вероятности наблюдения заданных высот и периодов за исследуе- 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Высота значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 1 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Высота значительных волн, м 2 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Высота значительных волн, м 3 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Высота значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 4 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Высота значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 5 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Высота значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 6 Р и с . 4 . Гистограммы распределения высот штормовых волн (≥ 1,25 м) у запад- ного берега Крыма в точках 1 – 6 по данным ре-анализа JRA за 1979 – 2008 гг. Т а б л и ц а 1 . Координаты точек у западного берега Крыма, для которых рассчитаны волновые характеристики. № район моря координаты в.д. с.ш. 1 Каркинитский залив 32°,9406 45°,8379 2 м. Тарханкут 32°,3239 45°,3699 3 на траверзе оз. Донузлав 32°,8955 45°,2351 4 Каламитский залив 33°,2977 45°,0145 5 к северу от г. Севастополь 33°,5050 44°,7036 6 м. Херсонес 33°,3680 44°,5045 34 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 Период значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 1 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 Период значительных волн, м 2 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 Период значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 3 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 Период значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 4 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 Период значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 5 2 3 4 5 6 7 8 0 10 20 30 40 50 60 70 Период значительных волн, м П о в то р я е м о с ть , % 6 Р и с . 5 . Гистограммы распределения периодов штормовых волн (≥ 1,25 м) у за- падного берега Крыма в точках 1 – 6 по данным ре-анализа JRA за 1979 – 2008 гг. мый 30-ти летний интервал времени. Как видно, с вероятностью 0,01 % мо- гут наблюдаться следующие высоты волн: 1 точка 3 – 3,25 м; 2, 4 и 6 точки 5,25 м; 3 и 5 точки 5 м. В точках 2 – 6 наибольшие волны (5,5 – 5,75 м) имеют обеспеченность 1,5 – 5·10-3 %. Анализ интегральных функций распределения средних периодов волн показал, что периоды волн 1 % обеспеченности для 1 района составляют 4,25 с (точка 1) и 5,25 с (точки 2 – 6). В Каламитском заливе максимальные периоды волн 5 с составляют 0,1 %, в остальных районах периоды волнения около 7 с наблюдаются примерно в 0,02 % от всех случаев за 30 лет. Заключение. Для прибрежной зоны Западного Крыма на основе чис- ленного моделирования получены характеристики ветрового волнения для типовых полей ветра и данных атмосферного ре-анализа JRA за 1979 – 2008 гг. Проанализированы особенности волновых полей для волноопасных направлений ветра. Получены поля максимальных высот волн по месяцам и статистические характеристики параметров волн в характерных точках ис- следуемой акватории на основе 30-ти летнего массива, характеризующего современный волновой режим исследуемой акватории. Высота и направление волн у Западного Крыма зависят от конфигура- ции берега и рельефа дна и от направления ветра, генерирующего волнение. Для района между мысами Тарханкут и Херсонес наибольшие волны обра- зуются при ветрах от юга, юго-запада и юго-востока, при этом максимальны их значения у мысов (1,7 м при ветре 10 м/с). В Каркинитском заливе волне- ние наиболее интенсивно при северо-западном и юго-западном ветрах, дости- 35 0 1 2 3 4 5 6 7 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Высота значительных волн, м О б е с п е ч е н н о с ть , % 0 1 2 3 4 5 6 7 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Высота значительных волн, м 0 1 2 3 4 5 6 7 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Высота значительных волн, м 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Высота значительных волн, м О б е с п е ч е н н о с ть , % 0 1 2 3 4 5 6 7 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Высота значительных волн, м 0 1 2 3 4 5 6 7 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Высота значительных волн, м 4 5 6 Р и с . 6 .Интегральные функции распределения высоты значительных волн у за- падного берега Крыма в точках 1 – 6 по данным ре-анализа JRA за 1979 – 2008 гг. 0 2 4 6 8 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Период значительных волн, м О б е с п е ч е н н о с т ь , % 0 2 4 6 8 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Период значительных волн, м 0 2 4 6 8 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Период значительных волн, м 1 2 3 0 2 4 6 8 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Период значительных волн, м О б е с п е ч е н н о с ть , % 0 2 4 6 8 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Период значительных волн, м 0 2 4 6 8 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 Период значительных волн, м 4 5 6 Р и с . 7 .Интегральные функции распределения периодов волн у западного бере- га Крыма в точках 1 – 6 по данным ре-анализа JRA за 1979 – 2008 гг. 36 гая при той же скорости ветра высот 1,6 м на входе в залив, у Бакальской косы до 0,9 м, а в вершине залива не превышают 0,8 м. Согласно расчетам по данным JRA, ветровое волнение наиболее интен- сивно в осенне-зимний период с максимумом в ноябре: 5 – 6 м у мысов Тарханкут и Херсонес, 4 м – в Каламитском и 2 – 3 м – в Каркинитском за- ливах. В теплое время года (апрель-сентябрь) высоты значительных волн не превышают 4 м по всей расчетной акватории и соответствуют минимуму ветровой активности. Расчет статистических характеристик волнения по данным JRA в харак- терных точках прибрежной зоны Западного Крыма (рис.1) показал, что для всех точек преобладающими являются штормовые волны, высотой 1,5 м, они наблюдаются более чем в 28 % всех случаев штормового волнения. В более чем 50 % случаев штормовым волнам соответствуют периоды 4 с. Наибольшие высоты волн (до 6 м) получены в точке 5, расположенной к северу от г.Севастополь у п.Кача. В общем, для точек 2 – 6 с вероятно- стью 1,5 – 5·10-3 % за 30 лет могут наблюдаться волны высотой 5,5 – 5,75 м, имеющие периоды 6,5 – 7 с. В Каркинитском заливе наибольшая высота волн составила 3,4 м. Волны более 3 м в этом районе имеют обеспеченность 0,01 %, а периоды волн 5 с 0,1 %. Полученные работе массивы данных волновых характеристик могут быть использованы при комплексном гидрометеорологическом обеспече- нии проектирования берегозащитных сооружений в прибрежной зоне За- падного Крыма. В дальнейшем авторами планируется использовать полу- ченные массивы для расчетов потоков наносов и моделирования динамики береговой зоны в исследуемой области. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Климат Украины / Под ред. В.М. Липинского, В.А. Дячука, В.Н. Бабиченко.– Киев: Изд-во Раевского, 2003.– 343 с. 2. Справочник по климату Черного моря.– М.: Гидрометеоиздат, 1974.– 405 с. 3. Ефимов В.В., Комаровская О.И. Атлас экстремального ветрового волнения Черного моря.– Севастополь: МГИ НАНУ, 2009.– 59 с. 4. Атлас волнения и ветра Черного моря / Под ред. Г.В.Ржеплинского.– Л.: Гид- рометеоиздат, 1969.– 111 с. 5. Горячкин Ю.Н., Репетин Л.Н. Штормовой ветро-волновой режим у Черномор- ского побережья Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфо- вой зон и комплексное использование ресурсов шельфа.– Севастополь:ЭКОСИ- Гидрофизика, 2009.– вып.19.– С.56-69. 6. Репетин Л.Н., Белокопытов В.Н. Режим ветра северо-западной части Черного моря и его климатические изменения //Экологическая безопасность прибреж- ной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа.– Сева- стополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008.– вып.17. – С.225-243. 7. Репетин Л.Н., Белокопытов В.Н., Липченко М.М. Ветры и волнение в при- брежной зоне юго-западной части Крыма // Экологическая безопасность при- брежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа.– Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003.– вып.9.– С.13-28. 8. SWAN Cycle III version 40.85. User Manual.– Netherlands: Delft University of Technology, 2011.– 119 р. http://www.swan.tudelft.nl 37 9. Фомин В.В., Бородин Д.В., Иванов В.А. Вычислительный кластер Морского гидрофизического института НАН Украины // Системы контроля окружающей среды.− Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2010.– С.121-123. 10. Madsen O.S., Poon Y.-K., Graber H.C. Spectral wave attenuation by bottom friction: Theory / Proc. 21 Intern. Conf. of Coastal Engineering.– ASCE, 1988.– P.492-504. 11. Onogi K., Tsutsui J, Koide H. et al The JRA-25 Reanalysis // J. Meteor. Soc. Japan.– 2007.– v.85.– P.369-432. 12. Полонский А.Б., Фомин В.В., Гармашов А.В. Характеристики ветрового волне- ния Черного моря // Доп. НАН України.– 2011.– № 8.– С.108-112. 13. Зенкович В.П. Основы учения о развитии морских берегов.– М.: Изд-во АН СССР, 1962.– 710 с. 14. Полонский А.Б., Башарин Д.В. Влияние климатического сдвига 1976-1977 гг. на крупномасштабную структуру приземных метеорологических полей Евразии // Метеорология и гидрология.– 2008.– № 5.– С.16-30. 15. Руководство по расчету морского волнения и ветра над морем.– М.: Гидроме- теоиздат, 1960.– 260 с. Материал поступил в редакцию 1 2 .1 2 .20 1 1 г . АНОТАЦІЯ . Для прибережної зони Західного Криму за допомогою моделі SWAN розраховані характеристики хвиль по типових полях вітру і за даними ре-аналізу приземного вітру JRA за 1979 – 2008 рр. Проаналізовані особливості хвилевих полів для волноопасних напрямів вітру. Отримані поля максимальних висот хвиль по місяцях і статистичні характеристики параметрів хвиль в характерних точках дос- ліджуваної акваторії на основі 30-ти літнього масиву хвилевих полів. ABSTRACT. Using SWAN model in the coastal area of the Western Crimea the wave parameters are received on the basis of the standard wind fields and re-analysis of the surface wind JRA for 1979 – 2008. The peculiarities of wave fields are analysed for wave hazardous wind directions. The fields of overall wave heights in every month and statistical descriptions of wave parameters are got in the characteristic points of the water area under investigation using 30 years wave fields data set.

Численное моделирование ветрового волнения у западного побережья Крыма

Репозитарії

Схожі ресурси