Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море
С применением волновой модели SWAN на основе реанализа NCEP/NCAR выполнен расчет параметров волнения на Черном море с 1948 по 2010 гг. Проведен анализ пространственного распределения режимных и экстремальных величин высоты волны. Выполнена оценка количества, продолжительности, площади и длины траект...
Saved in:
| Published in: | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Морський гідрофізичний інститут НАН України
2013
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56920 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море / Ф.Н. Гиппиус, В.С. Архипкин, Г.В. Суркова // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 92-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859596090836254720 |
|---|---|
| author | Гиппиус, Ф.Н. Архипкин, В.С. Суркова, Г.В. |
| author_facet | Гиппиус, Ф.Н. Архипкин, В.С. Суркова, Г.В. |
| citation_txt | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море / Ф.Н. Гиппиус, В.С. Архипкин, Г.В. Суркова // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 92-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу |
| description | С применением волновой модели SWAN на основе реанализа NCEP/NCAR выполнен расчет параметров волнения на Черном море с 1948 по 2010 гг. Проведен анализ пространственного распределения режимных и экстремальных величин высоты волны. Выполнена оценка количества, продолжительности, площади и длины траектории штормов. Определены межгодовые тренды продолжительности и количества штормов на акватории Черного моря.
Із застосуванням хвильової моделі SWAN на основі реаналізу NCEP/NCAR виконаний розрахунок параметрів хвилювання на Чорному морі з 1948 по 2010 рр. Проведено аналіз просторового розподілу режимних та екстремальних величин висоти хвилі. Виконана оцінка кількості, тривалості, площі та довжини траєкторії штормів. Визначено міжрічні тренди тривалості та кількості штормів на акваторії Чорного моря.
By using the wave model SWAN based on NCEP/NCAR reanalysis the wave parameters on the Black Sea are calculated from 1948 to 2010. The spatial distribution of the regime and extreme wave height are analysed. The amount, duration, area and length of storm tracks are estimated. Interannual trends of duration and the number of storms in the Black Sea is identified.
|
| first_indexed | 2025-11-27T21:03:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
92
УДК 5 5 1 .4 66 .3 27
Ф .Н .Гиппиус , В .С .Архипкин , Г .В .Суркова
Московский государственный университет им.М.В. Ломоносова, г.Москва
ОЦЕНКА СОВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И МНОГОЛЕТНЕЙ
ИЗМЕНЧИВОСТИ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО ВОЛНЕНИЯ НА ЧЕРНОМ МОРЕ
С применением волновой модели SWAN на основе реанализа NCEP/NCAR вы-
полнен расчет параметров волнения на Черном море с 1948 по 2010 гг. Проведен
анализ пространственного распределения режимных и экстремальных величин вы-
соты волны. Выполнена оценка количества, продолжительности, площади и длины
траектории штормов. Определены межгодовые тренды продолжительности и коли-
чества штормов на акватории Черного моря.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : Черное море, ветровое волнение, штормовое волнение,
модель SWAN, реанализ NCEP/NCAR.
Потребность в определении режима волнения объясняется всё более
пристальным вниманием, уделяемым морским акваториям как с научной,
так и с прикладной точки зрения. Акватория и берега Черного моря интен-
сивно используются для судоходства, рекреации и другой хозяйственной
деятельности. Эти аспекты обуславливают актуальность, которой обладают
исследования волнения на Черном море.
Наиболее рациональным методом таких исследований представляется
численное моделирование, имеющее ряд преимуществ перед традиционны-
ми инструментальными наблюдениями. К достоинствам расчетных экспе-
риментов можно отнести гибкость в задании начальных условий, рассчиты-
ваемых параметров, пространственного и временного разрешения. Другим
преимуществом этого метода является возможность прогнозирования и рет-
роспективного анализа волнения с использованием прогнозных или архив-
ных метеорологических полей соответственно.
В последнее время опубликовано большое количество работ, посвя-
щенных исследованию ветрового волнения в Черном море на различных
пространственных и временных масштабах. Некоторые из этих публикаций,
например, [1, 2], являются атласно-справочными изданиями и посвящены
исследованию ветро-волнового климата Черного моря и его экстремальным
проявлениям. Режимным характеристикам волнения на Черном и Азовском
морях посвящены работы [3, 4]. Другие материалы в большинстве своём
имеют более узкую направленность. Так, можно привести примеры публи-
каций, посвященных моделированию волнения во время особо редких
штормов [5], на отдельных участках акватории моря [6], а также совмест-
ному моделированию волнения и поверхностных течений [7]. Актуальным
направлением исследований является верификация и калибровка моделей с
использованием натурных измерений (например, [8]).
Целью данной работы является предварительное определение особен-
ностей и характеристик штормового волнения на акватории Черного моря,
типичных для второй половины XX и начала XIX вв., а также выявление
трендов в его многолетней изменчивости.
Ф .Н .Гиппиус , В .С .Архипкин , Г .В .Суркова , 2013
93
Расчет волнения выполнялся с помощью спектральной волновой моде-
ли SWAN [9, 10].Вынуждающей силой волновых колебаний является ветро-
вое напряжение, определяемое на основе данных о компонентах скорости
ветра на высоте 10 м. Эти сведения с дискретностью 6 часов за период с
1948 по 2010 гг. получены из данных реанализа NCEP/NCAR [11]. Данный
реанализ использовался из-за того, что он покрывает более длительный
временной интервал по сравнению с большинством других аналогов. Стоит
отметить и наиболее существенный его недостаток – относительно крупное
пространственное разрешение (1,875° по долготе и 1,9046° по широте). Для
создания цифровой модели рельефа дна и контуров берегов моря была ис-
пользована навигационная карта масштаба 1 : 2500000. В результате созда-
на прямоугольная расчетная сетка с пространственным разрешением 5 км.
Вычисления велись непрерывно для каждого из годов. При этом для
каждого года создавался файл «горячего старта», представляющий собой
расчет картины волнения, основанный на полях ветра за три последних дня
предыдущего года. Дискретность вычислений составляет 30 минут. В каж-
дый из расчетных сроков в узлах сетки производится запись значительной
высоты волны, направления её распространения, её периода и средней дли-
ны, высоты зыби; также определяется количество и перенос волновой энер-
гии. Для краткости далее будет рассматриваться лишь значительная высота
волны как наиболее часто используемая характеристика волнения.
Распределение величин средней значимой высоты волнения на акватории
Черного моря представлено на рис.1. Черное море относится к относительно
спокойным районам Мирового океана; средняя величина значительной высо-
ты волны здесь не превышает 0,7 м. Тем не менее, в пространственном рас-
пределении волнения есть свои закономерности. Видно, что область с наибо-
лее выраженным волнением находится в центральной части моря западнее
Крыма. Средние значительные высоты волн закономерно уменьшаются по
мере приближения к берегу, при этом градиент волнения ярче выражен у за-
падного, чем при движении в сторону противоположного восточного берега.
Карта распределения максимальных значений высот волн за период вы-
числений представлена на рис.2. На ней определяются два района моря с
наиболее развитым штормовым волнением – юго-западная и северо-восточ-
ная части моря. Максимальные высоты волн здесь превышают 6,5 м. Нали-
чие этих двух районов
максимального волне-
ния можно объяснить
так. При сопоставле-
нии полей атмосферно-
го давления и ветра во
время штормов и вы-
зываемого при этом
волнения было уста-
новлено, что для аква-
тории Черного моря
характерными являют-
ся два типа штормовых Р и с . 1 . Средняя значимая высота волны, м.
94
синоптических ситуа-
ций. В первом ложби-
ны средиземноморских
циклонов с центрами
на востоке Средизем-
ного моря и над Малой
Азией выходят на Чер-
ное море, где форми-
руется локальный
центр пониженного
давления. Дальнейшее
смещение циклонов на
север блокируется зо-
ной высокого давления над Европейской территорией России и Восточной
Европой. В этом случае над Черным морем преобладают северо-восточные,
восточные, юго-восточные ветры. В отдельных случаях формирование ло-
кального минимума давления и его перемещение над Черным морем услож-
няет картину направления ветра. Второй, более редкий тип барической об-
становки характеризуется смещением подвижного циклона с севера Европы
в юго-восточном направлении («ныряющий» циклон) или быстрым распро-
странением ложбины на юг от Скандинавии и Балтики на Восточную Евро-
пу и ЕТР с возможным формированием локального глубокого циклона в
северной части моря. При этом над Балканами господствует область повы-
шенного давления. Такая ситуация также может приводить к развитию
сильных штормовых ветров с преобладанием северо-западного, западного,
юго-западного направлений.
Основываясь на результатах вычислений значительных высот волн, с
использованием логнормального распределения была проведена оценка
максимальных возможных высот волн повторяемостью 1 раз в 100 лет. Её
результаты представлены на рис.3. Значение этой величины превышает 14 м
в акваториях южнее и юго-западнее Крыма. Такой результат хорошо согла-
суется с данными, приведенными в [2].
Помимо изучения пространственного распределения режимных и экс-
тремальных волновых характеристик в работе уделено внимание статисти-
ческому исследованию штормовых ситуаций над акваторией Черного моря.
Под штормом здесь принимается такая ситуация, при которой значительная
высота волны по результатам моделирования в один или несколько после-
довательных расчетных сроков превышает 4 м. Такая высота волны являет-
ся пороговой величиной при определении сильного волнения в прибрежных
районах [12]. Несмотря на то, что в [12] приведена трехступечатая градация
пороговых значений высот волн (для прибрежных вод, открытого моря и
открытого океана), в настоящей работе не применяется разделение аквато-
рии на прибрежную и мористую части. Это обусловлено особенностями
рельефа дна Черного моря и выбранным шагом расчетной сетки – при про-
странственном разрешении в 5 км в пределах одной ячейки могут оказаться
как мелководный шельф, так и крутой абиссальный склон. Поэтому для все-
го моря применялся единый критерий выявления штормовых волн. Для каж-
Р и с . 2 .Максимальная вычисленная высота волны, м.
95
Т а б л и ц а 1 .Количество и средние продолжительность, площадь и длина
траектории штормов.
значитель-
ная высота
волны, м
количество
штормов
средняя про-
должитель-
ность, час
средняя
площадь, км2
средняя дли-
на траекто-
рии, км
4 ≤ h < 5 76 50,17 239343 597
5 ≤ h < 6 17 67,24 257810 661
h ≥ 6 2 81 269540 764
всего 95 53,87 243280 612
дой штормовой ситуации определялась продолжительность шторма, его
площадь и длина траектории. Помимо этого, все штормы были ранжирова-
ны в зависимости от значимой высоты волны. Средние характеристики
штормов приведены в табл.1.
В межгодовой изменчивости штормовой активности хорошо заметен
период повышения количества и продолжительности штормов в середине
60-х гг. (рис.3). В целом следует отметить тенденцию к незначительному
уменьшению суммарной продолжительности штормов, о чем говорит ли-
нейный тренд этой величины за всё время наблюдений. В то же время в го-
довом количестве штормов такая наклонность практически не наблюдается.
Полученные результаты могут быть уточнены в ходе дальнейших ис-
следований с использованием других, более пригодных для региональных
исследований материалов и методов, к которым можно отнести реанализы с
меньшим пространственным и временным разрешением и более детальные
расчетные сетки, в том числе и неструктурные. Последнее будет особенно
эффективно для расчета параметра волнения в прибрежных акваториях,
бухтах и проливах. В то же время длительный период, для которого прово-
дился расчет волнения в данной работе, позволяет использовать результаты
для исследований эволюции ветро-волнового климата черноморского ре-
гиона во второй половине XX – начале XIX вв.
Р и с . 3 . Суммарная годовая продолжительность штормов, час
96
Настоящая работа выполнена в Лаборатории оценки природных рисков
МГУ в рамках договора G.34.31.0007.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ефимов В.В., Комаровская О.И. Атлас экстремального ветрового волнения
Черного моря.– Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009.– 59 с.
2. Справочные данные по режиму ветра и волнения Балтийского, Северного, Чер-
ного, Азовского и Средиземного морей.– СПб: Российский морской регистр су-
доходства, 2006.– 451 с.
3. Полонский А.Б., Фомин В.В., Гармашов А.В. Характеристики ветрового волне-
ния Черного моря // Доп. НАН України.– 2011.– № 8.– С.108-112.
4. Дьяков Н.Н., Фомин В.В., Мартынов Е.С., Гармашов А.В. Ветро-волновой ре-
жим Азовского моря // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой
зон и комплексное использование ресурсов шельфа.– Севастополь: ЭКОСИ-
Гидрофизика, 2010.– вып.22.– С.228-239.
5. Бухановский А.В. и др. Шторм на Черном море 11 ноября 2007 г. и статистики
экстремальных штормов моря // Изв. Русск. географ. общ.– 2009.– т.141, №. 2.–
С.71-80.
6. Valchev N.N., Trifonova E.V., Andreeva N.K. Past and recent trends in the western
Black Sea storminess // Nat. Hazards Earth Syst. Sci.– 2012.– т.12.– С.961-977.
7. Фомин В.В., Иванов В.А. Совместное моделирование течений и ветрового вол-
нения в Керченском проливе // Морской гидрофизический журнал.– 2007.–
№ 5.– С.3-26.
8. Akpınar A. et al Evaluation of the numerical wave model (SWAN) for wave simula-
tion in the Black Sea // Continental Shelf Res.– 2012.– т.50-51.– С.80-99.
9. Holthuijsen L.H. Waves in oceanic and coastal waters.– Cambridge University Press,
2007.– 387 с.
10. The SWAN Team: SWAN User Manual.– Delft University of Technology, 2006.
11. Kalnay E. et al The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project // Bulletin of the
American meteorological Society.– 1996.– т.77, № 3.– С.437-471.
12. РД 52.88.699-2008. Руководящий документ. Положение о порядке действий
учреждений и организаций при угрозе возникновения и возникновении опас-
ных природных явлений.– М., 2008.– 33 с.
Материал поступил в редакцию 1 4 .0 7 .20 1 3 г .
АНОТАЦIЯ Із застосуванням хвильової моделі SWAN на основі реаналізу
NCEP/NCAR виконаний розрахунок параметрів хвилювання на Чорному морі з 1948
по 2010 рр. Проведено аналіз просторового розподілу режимних та екстремальних
величин висоти хвилі. Виконана оцінка кількості, тривалості, площі та довжини
траєкторії штормів. Визначено міжрічні тренди тривалості та кількості штормів на
акваторії Чорного моря.
ABSTRACT By using the wave model SWAN based on NCEP/NCAR reanalysis the
wave parameters on the Black Sea are calculated from 1948 to 2010. The spatial distribu-
tion of the regime and extreme wave height are analysed. The amount, duration, area and
length of storm tracks are estimated. Interannual trends of duration and the number of
storms in the Black Sea is identified.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56920 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1726-9903 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T21:03:51Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Морський гідрофізичний інститут НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гиппиус, Ф.Н. Архипкин, В.С. Суркова, Г.В. 2014-03-01T13:23:31Z 2014-03-01T13:23:31Z 2013 Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море / Ф.Н. Гиппиус, В.С. Архипкин, Г.В. Суркова // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2013. — Вип. 27. — С. 92-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1726-9903 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56920 551.466.327 С применением волновой модели SWAN на основе реанализа NCEP/NCAR выполнен расчет параметров волнения на Черном море с 1948 по 2010 гг. Проведен анализ пространственного распределения режимных и экстремальных величин высоты волны. Выполнена оценка количества, продолжительности, площади и длины траектории штормов. Определены межгодовые тренды продолжительности и количества штормов на акватории Черного моря. Із застосуванням хвильової моделі SWAN на основі реаналізу NCEP/NCAR виконаний розрахунок параметрів хвилювання на Чорному морі з 1948 по 2010 рр. Проведено аналіз просторового розподілу режимних та екстремальних величин висоти хвилі. Виконана оцінка кількості, тривалості, площі та довжини траєкторії штормів. Визначено міжрічні тренди тривалості та кількості штормів на акваторії Чорного моря. By using the wave model SWAN based on NCEP/NCAR reanalysis the wave parameters on the Black Sea are calculated from 1948 to 2010. The spatial distribution of the regime and extreme wave height are analysed. The amount, duration, area and length of storm tracks are estimated. Interannual trends of duration and the number of storms in the Black Sea is identified. Настоящая работа выполнена в Лаборатории оценки природных рисков МГУ в рамках договора G.34.31.0007. ru Морський гідрофізичний інститут НАН України Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море Гиппиус, Ф.Н. Архипкин, В.С. Суркова, Г.В. Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга |
| title | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море |
| title_full | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море |
| title_fullStr | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море |
| title_full_unstemmed | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море |
| title_short | Оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на Черном море |
| title_sort | оценка современных характеристик и многолетней изменчивости экстремального волнения на черном море |
| topic | Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга |
| topic_facet | Анализ гидрометеорологических полей по данным моделирования и долговременного мониторинга |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56920 |
| work_keys_str_mv | AT gippiusfn ocenkasovremennyhharakteristikimnogoletneiizmenčivostiékstremalʹnogovolneniânačernommore AT arhipkinvs ocenkasovremennyhharakteristikimnogoletneiizmenčivostiékstremalʹnogovolneniânačernommore AT surkovagv ocenkasovremennyhharakteristikimnogoletneiizmenčivostiékstremalʹnogovolneniânačernommore |