Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ВЕТРОВОЕ ВОЛНЕНИЕ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД

Научная статья
Гармашов А.В.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.74.8.014
Выпуск: № 8 (74), 2018
Опубликована:
2018/08/18
PDF

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.74.8.014

ВЕТРОВОЕ ВОЛНЕНИЕ В СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЧЕРНОГО МОРЯ В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД

Научная статья

Гармашов А.В.*

ORCID: 0000-0003-4412-2483,

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* Корреспондирующий автор (ant.gar[at]mail.ru)

Аннотация

В статье приводятся результаты мониторинга ветрового волнения, проводимого в летний период 1995-2011 гг. на морской стационарной платформе, расположенной в северо-западной части Черного моря. В результате анализа более 9000 волнограмм получены основные статистические характеристики высот волн, описывающие волновой режим в северо-западной части Черного моря в летний период. В частности, средняя высота значительных волн летом составляла 0,4-0,48 м, а максимальные высоты волн достигали высот 4,4 м.

Ключевые слова: ветровое волнение, высоты волн, повторяемость, Черное море.

 

WIND WAVE IN NORTHWEST PART OF THE BLACK SEA IN SUMMER PERIOD

Research article

Garmashov A.V.*

ORCID: 0000-0003-4412-2483,

Marine Hydrophysical Institute of the RAS, Sevastopol, Russia

* Corresponding author (ant.gar[at]mail.ru)

Abstract

The paper presents the results of wind wave monitoring conducted during the summer period of 1995-2011 on a sea stationary platform located in the northwestern part of the Black Sea. According to the result of the analysis of more than 9,000 wave records, the basic statistical characteristics of wave heights describing the wave mode in the northwestern part of the Black Sea during the summer period were obtained. In particular, the average height of significant waves in the summer was 0.4-0.48 m, and the maximum wave heights reached heights of 4.4 m.

Keywords: wind wave, wave heights, frequency, Black Sea.

Введение

В связи с увеличением разведки и добычи нефти и газа на северо-западном шельфе Черного моря, а также возрастающей активностью военного, гражданского и научного судоходства актуализировалась проблема наличия достоверной информации о климатических ветро-волновых характеристиках этой акватории.

При отсутствии непрерывных инструментальных измерений характеристик ветрового волнения сведения о параметрах волн различной обеспеченности и повторяемости в различных частях Черного моря получают расчетным путем [1, С. 707], [2, С. 280], [3, С. 214]. В последние десятилетие для получения различных характеристик ветрового волнения используют численные спектральные модели, например, WAM [3, С. 217] или SWAN [4, С. 161], [5, С. 61].

Даже не смотря на наличие большого количества справочных и научных изданий по режимным параметрам ветрового волнения Черного моря [6, С. 354], [7, С. 319], отсутствуют работы, которые опирались бы на длительные измерения в северо-западной части (СЗЧ) Черного моря. Сначала 90-х годов 20 столетия, наблюдается резкое сокращение измерений гидрометеорологических параметров в открытых Черном море. В связи со всем выше перечисленным любые натурные измерения гидрометеорологических величин в районах, значительно удаленных от берега, имеют большую научную и практическую ценность.

Основной целю работы было получение и обобщение для летнего периода характеристик ветрового волнения, полученных во время гидрометеорологического мониторинга, проводимого на морской стационарной газодобывающей платформе, расположенной в Каркинитском заливе Черного моря.

Район измерений, используемая аппаратура, методы

С 1995 г. на морской стационарной газодобывающей платформе (МСП) «Голицыно-4», расположенной на северо-западном шельфе Черного моря (Каркинитский залив) в точке с координатами 45º42,5’ с.ш., 31º52,5’ в.д. (расстояние от берега примерно 50 км), было установлено оборудование для гидрометеорологического мониторинга [8, С. 813]. В качестве измерительной аппаратуры использовался специально разработанный в Морском гидрофизическом институте гидрометеорологический комплекс. Измерение высот волн проводилось с помощью резистивного волнографа с дискретностью опроса 4 Гц и возможностью регистрации высот волн до 10 м. Ошибка измерения не превышала 1 см. Регистрация возвышения морской поверхности проводилась в течении 1995-2002 гг. и 2008-2011 гг., который с перерывами охватывает 12 лет. За весь период наблюдений было накоплено более 31 000 волнограмм с продолжительностью от 20 мин. до 60 мин. За летний период было накоплено более 9 000 волнограмм, которые почти равномерно распределены в течении трех летних месяцев. На текущий момент измерения, проводимые на платформе «Голицыно-4», являются самыми продолжительными наблюдениями за ветровым волнением в Черном море.

Волновые данные прошли контроль качества с отбраковкой ненадежных фрагментов. В данной работе высота значительных волн (Hs) определялась как 4 величины среднеквадратического отклонениях [9, С. 180]. Максимальная высота (Hmax) волны в волнограмме определялась как набольшее расстояние между подошвой и гребнем. Для каждой волнограммы был получен частотный спектр, из которого определялся пиковый период волнения. Частотный спектр рассчитывался преобразованием Фурье корреляционной функции с использованием окна Тьюки [10, С. 301], число степей свободы варьировалось от 21 до 77.

В данной работе при анализе повторяемостей высот значительных волн взята шкала волнения моря, разработанная и принятая Всемирной Метеорологической Организацией:

  • Hs < 0,1 м, 0 - 1 балл – штиль, рябь;
  • Hs 0,1 - 0,5 м, 2 балла – слабое волнение;
  • Hs 0,5 - 1,25 м, 3 балла – легкое волнение;
  • Hs 1,25 - 2,5 м, 4 балла – умеренное волнение;
  • Hs 2,5 - 4,0 м, 5 баллов – бурное волнение;
  • Hs 4,0 - 6,0 м, 6 баллов – очень бурное волнение.

Результаты

Основные результаты гидрометеорологического мониторинга для летних месяцев представлены в таблицах 1 – 2. В таблице 1 для летних месяцев приведены средняя высота значительных волн (Нs av), максимальная высота значительных волн (Hs max), максимальная измеренная волна (H max), а также средний пиковый период волнения (Tav). Наименьшие средние высоты (0,4 м) значительных волн наблюдались в июле, в тоже время в этом месяце была зарегистрирована наибольшая для летних месяцев максимальная высота (2,4 м) значительных волн, а также максимальная измеренная волна (4,8 м). В июне и августе средняя высота значительных волн составляла 0,46-0,48 м, а максимальная высота значительных составляла 1,9 м и 2,1 м соответственно. В среднем для лета средняя высота значительных волн составляла 0,45 м. Максимальные высоты волн, полученные при обработке волнограмм, в июне и августе составили 3,6 м и 4,3 м соответственно. В летние месяцы средний период ветровых волн составлял 4,1-4,4 с, в среднем за весь летний период – 4,2 с.

Таблица 1 – Характеристики ветрового волнения

21-08-2018 16-32-23

В таблице 2 для летних месяцев показаны повторяемости наблюдений пяти групп высот значительных волн, измеренные на МСП в СЗЧ Черного моря. Штилевые условия (Hs < 0,1 м) в летний период наблюдались примерно в 2,8% всех случаев (табл. 2), наибольший (4,3%) процент штилевых ситуаций был в июне. Слабое волнение летом являлось доминирующим и было зарегистрировано примерно в 64,5% всех измерений, при этом наименьший процент наблюдений (55,7%) был в июне, а наибольший (73,6%) – в июле. Легкое волнение в среднем наблюдалось в 30,3% всех ситуаций, данный тип волнения реже всего отмечался в июле (21,3%), наиболее часто – в июне (36,9%). В августе легкое волнение составляло 32,3% всех измерений. Умеренное волнение в летние месяцы составляло 2,5% от всех случаев. Наиболее часто данный тип волнения регистрировался в июне (3,2%), а в июле и августе составлял 2,1-2,2%. Бурное волнение с высотами значительных волн более 2,5 м в районе стационарной газодобывающей платформы «Голицыно-4» в летние месяцы зарегистрировано не было.

Таблица 2 – Повторяемость (%) высот значительных волн для летних месяцев по градациям

21-08-2018 16-33-08

По результатам проведенной работы можно сформулировать следующие выводы:

- доминирующим волнением в летний период в СЗЧ Черного моря является слабое волнение (Hs: 0,1 - 0,5 м), оно было зарегистрировано примерно в 64,5% всех случаев;

- бурное волнение (Hs: 2,5 - 4,0 м) в районе МСП «Голицыно-4» в летние месяцы зарегистрировано не было;

- средняя высота значительных волн летом составляла 0,4-0,48 м;

- максимальные высоты волн по измерениям достигали высот 4,4 м.

Полученные результаты гидрометеорологического мониторинга, проведенного в северо-западной части Черного моря на стационарной платформе, могут представлять интерес для развития рекреации причерноморского региона, верификации численных волновых моделей и данных спутниковых измерений, строительства морских гидротехнических сооружений.

Финансирование Исследование выполнено в рамках темы Государственного Задания № 0827-2018-0001. Funding The study was carried out within the framework of the topic of the State Task No. 0827-2018-0001.
Конфликт интересов Не указан. Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

  1. Myslenkov S. A. Numerical simulation of storm waves near the northeastern coast of the Black Sea. / S. A. Myslenkov, A. A. Shestakova, P. A. Toropov // Russ. Meteorol. Hydrol. – 2016. – V. 41 – Issue 10. – P. 706–713.
  2. Akpınar A. Wind and wave characteristics in the black Sea based on the SWAN model forcing with the CFSR winds. / A. Akpınar, B. Bingölbali, G. Ph. Van Vledder // Ocean Eng. – 2016. – V. 126. – P. 276–298.
  3. Shokurov M. V. Wind waves in the coastal zone of the southern Crimea: Assessment of simulation quality based on in situ measurements / M. V. Shokurov, V. A. Dulov, E. V. Skiba and others // Oceanology. – 2016. – Т. 56. – № 2. – P. 214–225.
  4. Van Vledder G. Ph. Wave model predictions in the Black Sea: Sensitivity to wind fields / G. Ph. van Vledder, A. Akpınar // Applied Ocean Research. – 2015. – V. 53. – P. 161–178.
  5. Akpinar A. An assessment of the wind re-analyses in the modelling of an extreme sea state in the Black Sea. / A. Akpinar, S. P. Leon // Dynamics of Atmospheres and Oceans. – 2016. – V. 73 – P. 61–75.
  6. Альтман Э.Н. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 4. Черное море. Гидрометеорологические условия / Э. Н. Альтман, А. И. Симонов. – С.-П. : Гидрометеоиздат, 1991. – 429 с
  7. Lopatoukhin L. J. Wind and wave climate near the Prirazlomnoye oil field / J. Lopatoukhin, I. V. Lavrenov, V. A. Rozhkov and others // Proc. Int. Conf. «Russian Arctic Offshore» RAO’99. St. Petersburg, 1999. P. 319-322.
  8. Garmashov A. V. Wind variability in the northwestern part of the Black Sea from the offshore fixed platform observation data. / A. V. Garmashov, A. B. Polopskii // Russian Meteorology and Hydrology. – 2011 36. – Issue 12. – P. 811-818.
  9. Satellite altimetry. Satellite Altimetry and Earth Sciences: A Handbook of Techniques and Applications. / edited by L. L. Fu and A. Cazenave. – International Geophysics Series, Vol. 69, Academic Press, 2001. – 463 p.
  10. Jenkins G. M. Spectral Analysis and Its Applications. / G. M. Jenkins, D. G. Watts. – Holden-Dary. – – 525 p.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Myslenkov S. A. Numerical simulation of storm waves near the northeastern coast of the Black Sea. / S. A. Myslenkov, A. A. Shestakova, P. A. Toropov // Russ. Meteorol. Hydrol. – 2016. – V. 41 – Issue 10. – P. 706–713.
  2. Akpınar A. Wind and wave characteristics in the black Sea based on the SWAN model forcing with the CFSR winds. / A. Akpınar, B. Bingölbali, G. Ph. Van Vledder // Ocean Eng. – 2016. – V. 126. – P. 276–298.
  3. Shokurov M. V. Wind waves in the coastal zone of the southern Crimea: Assessment of simulation quality based on in situ measurements / M. V. Shokurov, V. A. Dulov, E. V. Skiba and others // Oceanology. – 2016. – Т. 56. – № 2. – P. 214–225.
  4. Van Vledder G. Ph. Wave model predictions in the Black Sea: Sensitivity to wind fields / G. Ph. van Vledder, A. Akpınar // Applied Ocean Research. – 2015. – V. 53. – P. 161–178.
  5. Akpinar A. An assessment of the wind re-analyses in the modelling of an extreme sea state in the Black Sea. / A. Akpinar, S. P. Leon // Dynamics of Atmospheres and Oceans. – 2016. – V. 73 – P. 61–75.
  6. Al'tman EH.N. Gidrometeorologiya i gidrohimiya morej SSSR. T. 4. CHernoe more. Gidrometeorologicheskie usloviya [Hydrometeorology and hydrochemistry of the USSR seas. V. 4. The Black Sea. Hydrometeorological conditions] / EH. N. Al'tman, A. I. Simonov. – S.-P. : Gidrometeoizdat, 1991. – 429 p. [in Russian]
  7. Lopatoukhin L. J. Wind and wave climate near the Prirazlomnoye oil field / L. J. Lopatoukhin, I. V. Lavrenov, V. A. Rozhkov and others // Proc. Int. Conf. «Russian Arctic Offshore» RAO’99. St. Petersburg, 1999. P. 319-322.
  8. Garmashov A. V. Wind variability in the northwestern part of the Black Sea from the offshore fixed platform observation data. / A. V. Garmashov, A. B. Polopskii // Russian Meteorology and Hydrology. – 2011 36. – Issue 12. – P. 811-818.
  9. Satellite altimetry. Satellite Altimetry and Earth Sciences: A Handbook of Techniques and Applications. / edited by L. L. Fu and A. Cazenave. – International Geophysics Series, Vol. 69, Academic Press, 2001. – 463 p.
  10. Jenkins G. M. Spectral Analysis and Its Applications. / G. M. Jenkins, D. G. Watts. – Holden-Dary.  – 525 p.