Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений
С использованием прогностических полей приводного ветра и атмосферного давления на основе трехмерной нелинейной модели проведен анализ сгонно-нагонных явлений в Азовском море. Выполнено сравнение результатов численных расчетов с данными прямых измерений уровня моря на ряде береговых станций. Иссле...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84306 |
| 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: | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений / Т.Я. Шульга // Доп. НАН України. — 2012. — № 7. — С. 110-114. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859606944087539712 |
|---|---|
| author | Шульга, Т.Я. |
| author_facet | Шульга, Т.Я. |
| citation_txt | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений / Т.Я. Шульга // Доп. НАН України. — 2012. — № 7. — С. 110-114. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | С использованием прогностических полей приводного ветра и атмосферного давления на
основе трехмерной нелинейной модели проведен анализ сгонно-нагонных явлений в Азовском море. Выполнено сравнение результатов численных расчетов с данными прямых
измерений уровня моря на ряде береговых станций. Исследовано влияние изменения интенсивности атмосферных воздействий на максимальные значения отклонений уровня и скоростей течений.
З використанням прогностичних полiв приводного вiтру та атмосферного тиску на основi
тривимiрної нелiнiйної моделi проведено аналiз згiнно-нагiнних явищ в Азовському морi.
Виконано порiвняння результатiв чисельних розрахункiв з даними прямих вимiрiв рiвня
моря на рядi берегових станцiй. Дослiджено вплив змiни iнтенсивностi атмосферних дiй
на максимальнi значення вiдхилень рiвня та швидкостей течiй.
With the use of the forecast fields of wind and atmospheric pressure on the basis of a three-dimensional nonlinear model, the analysis of the surge phenomena in the Sea of Azov is conducted.
Comparing the results of numeral calculations with the data of direct measurements of the sea level
on the row of waterside stations is executed. Influence of a change of the intensity of atmospheric
effects on the maximal values of deviations of the level and the speeds of flows is investigated.
|
| first_indexed | 2025-11-28T07:09:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 532.59
© 2012
Т.Я. Шульга
Динамические процессы, возникающие в Азовском
море под действием прогностического ветра
при наличии стационарных течений
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины Л. В. Черкесовым)
С использованием прогностических полей приводного ветра и атмосферного давления на
основе трехмерной нелинейной модели проведен анализ сгонно-нагонных явлений в Азовс-
ком море. Выполнено сравнение результатов численных расчетов с данными прямых
измерений уровня моря на ряде береговых станций. Исследовано влияние изменения ин-
тенсивности атмосферных воздействий на максимальные значения отклонений уровня
и скоростей течений.
Проблема взаимодействия технических комплексов с природными приобрела в настоящее
время очень большое значение. Это связано с научным обоснованием крупных инженер-
ных задач, направленных на развитие производства и оказывающих серьезное влияние
на биосферу. Количественное определение этого влияния является важнейшей составляю-
щей принятия этих проектов с целью установления возможности эксплуатации такого рода
производственных комплексов. Интенсивная хозяйственная деятельность, имеющая место
в бассейне Азовского моря, подтверждает актуальность решения данной проблемы.
Изучение сгонно-нагонных явлений и течений в этом море с использованием перемен-
ного ветра и атмосферного давления без учета стационарных течений выполнены в ста-
тьях [1, 2]. Данная работа посвящена исследованию влияния стационарных течений на ам-
плитуды колебаний уровня и изменения течений, вызываемых действием прогностического
ветра в акватории Азовского моря. При этом использована трехмерная нелинейная σ-ко-
ординатная модель [3, 4] и выполнено сравнение результатов математического моделиро-
вания колебаний уровня с данными натурных наблюдений на гидрологических станциях
Геническ и Мариуполь.
1. В качестве исходных принимаются нелинейные уравнения движения однородной вяз-
кой несжимаемой жидкости в приближении теории мелкой воды [5]. На свободной поверх-
ности удовлетворяются кинематическое и динамические условия. На дне (z = −H(x, y))
равна нулю нормальная составляющая скорости, придонные касательные напряжения свя-
заны со скоростью квадратичной зависимостью [3]. На твердых боковых границах выпол-
няются условия прилипания. В начальный момент времени движение жидкости отсутству-
ет, свободная поверхность горизонтальна.
Условие выхода на стационарный режим определяется тем, что на смежных шагах
интегрирования по времени не происходит заметных изменений отклонений уровня и ско-
ростей течений. Исходя из этого, находим время установления движения жидкости (t = t1).
Для численной реализации в исходных уравнениях, граничных и начальных условиях
выполняется переход от координаты z к координате σ [3, 4]. При этом алгоритм решения
базируется на применении двухслойных разностных схем. Выбор шагов интегрирования по
временным и пространственным координатам осуществляется в соответствии с критерием
110 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №7
устойчивости для баротропных волн [6]. Топография дна расчетной области на модель-
ную сетку интерполирована из массива глубин, снятого с навигационных карт. Отклонения
уровня Азовского моря анализируются на девяти станциях, расположенных вблизи круп-
ных населенных пунктов.
2. В серии численных экспериментов исследуется влияние совместного действия стацио-
нарного и прогностического (Wst+WSkiron соответственно) ветров на максимальные скорос-
ти течений и экстремальные значения сгонов и нагонов. Полученные результаты сравнива-
ются с расчетами, выполненными при моделировании волновых процессов в Азовском море,
вызванных постоянным ветром или только действием прогностического ветра. В численных
расчетах выход течений на установившийся режим осуществляется постоянным западным
ветром, скорость которого равна 5 м/с (Wst = 5 м/с). В качестве переменного по времени
и неоднородного по пространству ветра используются поля приводного ветра модели Ski-
ron [7] за период с 8 по 18 сентября 2007 г. (WSkiron). Действие прогностического ветра при
наличии стационарных течений в Азовском море происходит в течение десяти суток.
В табл. 1 приведены максимальные значения скоростей стационарных течений, вызван-
ных ветром Wst, максимальные величины скоростей течений, генерируемых ветром WSkiron
и их совместным действием: Wst+WSkiron. Здесь же даны горизонты, координаты наиболь-
ших значений скорости и время их достижения. Из анализа этих данных следует, что при
наличии стационарных течений максимумы скоростей нестационарных течений увеличива-
ются по сравнению со скоростями течений, вызванных действием только прогностического
ветра. Сравнение величин Umax на различных горизонтах, в случае решения задачи при
наличии (Wst +WSkiron) и отсутствии (WSkiron) стационарного ветра, показывает, что раз-
личия максимумов скоростей на различных горизонтах составляют: 43% (1 м), 45% (3 м),
46% (5 м); 44% (10 м).
В табл. 2 даны расчетные значения максимумов нагонов и сгонов на береговых станциях
Азовского моря, вызванных действием ветров Wst, WSkiron и их совместным действием:
Wst +WSkiron. Здесь же указано время их достижения. В верхней части приведены вели-
чины нагонов, в нижней — сгонов. Из анализа представленных данных следует, что наи-
большие нагоны, генерируемые системой стационарного и прогностического ветров имеют
место на станции Приморско-Ахтарск. Так, в стационарном режиме нагоны здесь состав-
Таблица 1
Скорость ветра Горизонт, м Umax, м/с xmax, км ymax, км tmax, ч
Wst
∗ 1 0,16 236,90 174,08 8,00
3 0,13 236,39 173,44 8,02
5 0,12 237,01 173,31 8,22
10 0,08 235,34 173,05 9,44
WSkiron 1 0,48 206,25 189,27 128
3 0,46 241,75 188,88 130
5 0,43 263,30 199,05 137
10 0,31 238,20 175,76 145
Wst +WSkiron 1 0,73 224,98 188,34 128
3 0,69 241,41 186,61 130
5 0,61 257,95 191,86 137
10 0,45 235,34 174,61 145
∗
Wst = 5 м/с.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №7 111
ляют 8,1 см (Wst); под действием ветра 57,1 см (WSkiron) и 80,4 см при Wst + WSkiron.
Отсюда видно, что максимум нагона в третьем случае в 1,41 раза больше, чем во втором.
В результате совместного воздействия переменного и постоянного ветров максимальные
сгоны становятся больше, чем в установившемся режиме и при отсутствии стационарных
течений. Для Таганрога при Wst + WSkiron имеет место увеличение сгона в 1,6 раза по
сравнению со случаем WSkiron.
Выполним анализ протяженности территорий возможных осушений и затоплений, во-
зникающих под действием прогностического ветра. Зная максимальную величину сгона
(нагона) и угол α подъема (опускания) береговой поверхности, определяем размер макси-
мально возможной области затопления в данном береговом районе. Придавая α ряд значе-
ний, находим размеры областей затопления и осушения, вызванные действием ветра в раз-
личных береговых районах. Для Азовского моря характерными являются величины углов
наклона и подъема побережья от 1,5◦ до 4◦.
В табл. 3 даны размеры участков затопления (верхняя часть таблицы) и осушения (ниж-
няя часть таблицы), вызванных действием ветра WSkiron в прибрежных районах Азовского
моря. Из анализа приведенных данных следует, что под действием этого ветра наибольше-
му затоплению (21,8 м) подвергается район Приморско-Ахтарска. Протяженность участка
осушения в районе Геническа (16,2 м) превосходит значения, полученные для других при-
брежных территорий. Сравнивая величины областей затоплений и осушений для различ-
ных углов наклона береговой зоны, отметим, что при увеличении указанных углов районы
затоплений и осушений уменьшаются.
Таким образом, в ходе исследований выполнено сравнение результатов моделирова-
ния и натурных измерений уровня моря, приведенных Государственной метеорологической
Таблица 2
Береговые
станции
Скорость ветра
Wst WSkiron Wst + WSkiron
ζmax, см время, ч ζmax, см время, ч ζmax, см время, ч
Геническ — — 25,4 34 32,2 34,6
Бердянск — — 9,1 161,5 16,9 162,0
Мариуполь 9,8 19,0 29,3 129,2 46,4 130
Таганрог 20,7 12,1 50,6 162,4 63,1 162,6
Ейск 13,8 14,5 38,1 142,1 76,0 143
Приморско-Ахтарск 8,1 14,6 57,1 142,3 80,4 142,8
Темрюк 10,2 15,0 24,5 140,5 29,7 141
Опасное — — 9,4 122,5 16,1 122,1
Мысовое 7,5 24,0 12,1 34,6 19,6 36
Геническ 12,2 13,6 42,5 132,2 76,5 132
Бердянск 4,0 13,3 17,3 131,5 30,9 132
Мариуполь — — 18,2 29,4 26,0 30
Таганрог — — 29,0 40,0 42,4 39,6
Ейск — — 18,9 42,1 41,1 43
Приморско-Ахтарск — — 14,1 32,2 23,8 33,0
Темрюк — — 8,7 166,2 11,2 166
Опасное 6,3 16,5 10,6 162,6 20,5 162,8
Мысовое — — 22,3 161,8 39,4 162,2
112 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №7
Таблица 3
Береговые станции
WSkiron
α = 3
◦
α = 2
◦
α = 1,5
◦
Геническ 4,9 7,3 9,7
Бердянск 1,7 2,6 3,5
Мариуполь 5,6 8,4 11,2
Таганрог 9,7 14,5 19,3
Ейск 7,3 10,9 14,6
Приморско-Ахтарск 10,9 16,4 21,8
Темрюк 4,7 7,0 9,4
Опасное 1,8 2,7 3,6
Мысовое 2,3 3,5 4,6
Геническ 8,1 12,2 16,2
Бердянск 3,3 5,0 6,3
Мариуполь 3,5 5,2 7,0
Таганрог 5,5 8,3 11,1
Ейск 3,6 5,4 7,2
Приморско-Ахтарск 2,7 4,0 5,4
Темрюк 1,7 2,5 3,3
Опасное 2,0 3,5 4,2
Мысовое 4,3 6,4 8,5
службой Украины за период с 8 по 18 сенября 2007 г. в таблицах ежечасных данных высот
уровня. Оценено отклонения его экстремальных значений, рассчитанных методом матема-
тического моделирования для полей прогностического ветра и полученных из указанных
ежечасных таблиц. В Геническе величина расчетного максимума составляет 25,4 см, что на
4,7 см (16%) меньше, чем по данным наблюдений. В Мариуполе найденный в результате
расчетов максимальный нагон (29,3 см) на 4,0 см (12%) меньше измеренного. Из приведен-
ного анализа следует, что амплитуды колебаний уровня, полученные по натурным данным
и путем численных расчетов, достаточно хорошо совпадают. Некоторые отличия величин
максимумов сгонов и нагонов могут быть объяснены определенными погрешностями при
измерениях и вычислениях.
1. Иванов В.А., Фомин В.В., Черкесов Л.В., Шульга Т.Я. Исследование сгонно-нагонных явлений в
Азовском море, вызванных атмосферными возмущениями // Доп. НАН України. – 2006. – № 11. –
С. 109–113.
2. Фомин В.В., Шульга Т.Я. Исследование волн и течений, возникающих под действием ветра в Азов-
ском море // Там же. – 2006. – № 12. – С. 110–115.
3. Blumberg A. F., Mellor G. L. A description of three dimensional coastal ocean circulation model in Three-
Dimensional Coast Ocean Models // Coast. Estuar. Sci. – 1987. – 4. – P. 1–16.
4. Фомин В.В. Численная модель циркуляции вод Азовского моря // Научные труды УкрНИГМИ. –
2002. – Вып. 249. – С. 246–255.
5. Черкесов Л. В., Иванов В.А., Хартиев С.М. Введение в гидродинамику и теорию волн. – Санкт-Пе-
тербург: Гидрометеоиздат, 1992. – 264 с.
6. Courant R., Friedrichs K.O., Lewy H. On the partial difference equations of mathematical physics //
IBM J. – 1967. – 3. – P. 215–234.
7. Weather, Wave Forecast for Greece, Europe – Mediterranean Sea. – http://forecast.uoa.gr.
Поступило в редакцию 14.11.2011Морской гидрофизический институт
НАН Украины, Севастополь
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №7 113
Т. Я. Шульга
Динамiчнi процеси, що виникають в Азовському морi пiд дiєю
прогностичного вiтру за наявностi стацiонарних течiй
З використанням прогностичних полiв приводного вiтру та атмосферного тиску на основi
тривимiрної нелiнiйної моделi проведено аналiз згiнно-нагiнних явищ в Азовському морi.
Виконано порiвняння результатiв чисельних розрахункiв з даними прямих вимiрiв рiвня
моря на рядi берегових станцiй. Дослiджено вплив змiни iнтенсивностi атмосферних дiй
на максимальнi значення вiдхилень рiвня та швидкостей течiй.
T.Ya. Shul’ga
Dynamic processes arising in the Sea of Azov under the action of
forecast fields of wind in the presence of stationary flows
With the use of the forecast fields of wind and atmospheric pressure on the basis of a three-di-
mensional nonlinear model, the analysis of the surge phenomena in the Sea of Azov is conducted.
Comparing the results of numeral calculations with the data of direct measurements of the sea level
on the row of waterside stations is executed. Influence of a change of the intensity of atmospheric
effects on the maximal values of deviations of the level and the speeds of flows is investigated.
114 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №7
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84306 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T07:09:00Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шульга, Т.Я. 2015-07-06T08:56:39Z 2015-07-06T08:56:39Z 2012 Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений / Т.Я. Шульга // Доп. НАН України. — 2012. — № 7. — С. 110-114. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84306 532.59 С использованием прогностических полей приводного ветра и атмосферного давления на основе трехмерной нелинейной модели проведен анализ сгонно-нагонных явлений в Азовском море. Выполнено сравнение результатов численных расчетов с данными прямых измерений уровня моря на ряде береговых станций. Исследовано влияние изменения интенсивности атмосферных воздействий на максимальные значения отклонений уровня и скоростей течений. З використанням прогностичних полiв приводного вiтру та атмосферного тиску на основi тривимiрної нелiнiйної моделi проведено аналiз згiнно-нагiнних явищ в Азовському морi. Виконано порiвняння результатiв чисельних розрахункiв з даними прямих вимiрiв рiвня моря на рядi берегових станцiй. Дослiджено вплив змiни iнтенсивностi атмосферних дiй на максимальнi значення вiдхилень рiвня та швидкостей течiй. With the use of the forecast fields of wind and atmospheric pressure on the basis of a three-dimensional nonlinear model, the analysis of the surge phenomena in the Sea of Azov is conducted. Comparing the results of numeral calculations with the data of direct measurements of the sea level on the row of waterside stations is executed. Influence of a change of the intensity of atmospheric effects on the maximal values of deviations of the level and the speeds of flows is investigated. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Науки про Землю Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений Динамiчнi процеси, що виникають в Азовському морi пiд дiєю прогностичного вiтру за наявностi стацiонарних течiй Dynamic processes arising in the Sea of Azov under the action of forecast fields of wind in the presence of stationary flows Article published earlier |
| spellingShingle | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений Шульга, Т.Я. Науки про Землю |
| title | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений |
| title_alt | Динамiчнi процеси, що виникають в Азовському морi пiд дiєю прогностичного вiтру за наявностi стацiонарних течiй Dynamic processes arising in the Sea of Azov under the action of forecast fields of wind in the presence of stationary flows |
| title_full | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений |
| title_fullStr | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений |
| title_full_unstemmed | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений |
| title_short | Динамические процессы, возникающие в Азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений |
| title_sort | динамические процессы, возникающие в азовском море под действием прогностического ветра при наличии стационарных течений |
| topic | Науки про Землю |
| topic_facet | Науки про Землю |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84306 |
| work_keys_str_mv | AT šulʹgatâ dinamičeskieprocessyvoznikaûŝievazovskommorepoddeistviemprognostičeskogovetraprinaličiistacionarnyhtečenii AT šulʹgatâ dinamičniprocesiŝovinikaûtʹvazovsʹkomumoripiddiêûprognostičnogovitruzanaâvnostistacionarnihtečii AT šulʹgatâ dynamicprocessesarisingintheseaofazovundertheactionofforecastfieldsofwindinthepresenceofstationaryflows |