Межгодовая изменчивость параметров режима ветра и волнения Черного моря

Б. В. Дивинский1,✉, А. А. Кубряков2, Р. Д. Косьян1

1 Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: divin@ocean.ru

Аннотация

Цель. Цель работы – исследование климатических тенденций в колебаниях среднегодовых и среднемесячных полей значительных высот волн смешанного волнения, ветрового волнения, зыби, а также скоростей ветра по всей акватории Черного моря.

Методы и результаты. На основе численных расчетов модели MIKE 21 SW получены поля значительных высот волн смешанного волнения, ветрового волнения и зыби за период с 1979 по 2018 г. Долговременный анализ полей скорости ветра проведен на основе данных атмосферного реанализа ERA-Interim. Статистическими методами оценены линейные климатические тренды в колебаниях среднегодовых и среднемесячных значительных высот волн и средних скоростей ветра.

Выводы. Основной особенностью климатической изменчивости среднегодовых полей значительных высот волн на акватории Черного моря является хорошо выраженная пространственная неоднородность. В западной части моря наблюдается снижение штормовой активности. Для восточной части характерно увеличение значительных высот волн. Статистически достоверные положительные тренды в колебаниях значительных высот волн наблюдаются в широкой прибрежной полосе от юго-восточного побережья Крыма до побережья Грузии. За последние 40 лет волны зыби усилились в районе турецкого побережья восточнее Синопа и на морской акватории, прилегающей к Керченскому проливу. Наибольший рост среднемесячных высот волн смешанного волнения наблюдается в марте в восточной части моря и составляет 0,5–0,6 см/год. Этому значению соответствует рост средних скоростей ветра на ~0,025 м/с/год. В ноябре наблюдается снижение штормовой активности в западной части моря, что выражается в уменьшении среднемесячных значительных высот волн на 0,8 см/год. Уменьшение среднегодовых высот волн со скоростями ~0,08 см/год наблюдается в юго-западной части Черного моря. Вся восточная часть моря подвержена усилению штормовой активности с увеличением среднегодовых высот волн в полях смешанного и ветрового волнения на 0,10–0,15 см/год. Указанные особенности являются отражением климатических колебаний средних скоростей ветра с характерным ослаблением ветра в западной части моря (0,010–0,015 м/с/год) и усилением в восточной (0,015–0,020 м/с/год).

Ключевые слова

математическое моделирование, модель DHI MIKE 21 SW, ветровые волны, зыбь, климат, тренды

Благодарности

Постановка задачи выполнена в рамках проекта РФФИ № 18-05-80035, анализ экспериментальных данных – благодаря финансовой поддержке РФФИ (проекты № 19-45-230004 и 20-05-00009), математическое моделирование и вычислительная часть – при поддержке грантов РФФИ (проекты № 19-05-00041 и 19-45-230002). Анализ результатов выполнен в рамках программы № 0149-2019-0014 и проекта РНФ № 20-17-00060. Анализ изменчивости ветровых характеристик выполнен в рамках госзадания № 0555-2019-0001.

Для цитирования

Дивинский Б. В., Кубряков А. А., Косьян Р. Д. Межгодовая изменчивость параметров режима ветра и волнения Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 4. С. 367–382. EDN QVBMIH. doi:10.22449/0233-7584-2020-4-367-382

Divinsky, B.V., Kubryakov, A.A. and Kosyan, R.D., 2020. Interannual Variability of the Wind-Wave Regime Parameters in the Black Sea. Physical Oceanography, [e-journal] 27(4), pp. 337-351. doi:10.22449/1573-160X-2020-4-337-351

DOI

10.22449/0233-7584-2020-4-367-382

Список литературы

  1. The WAM model – a third generation ocean wave prediction model / The WAMDI Group // Journal of Physical Oceanography. 1988. Vol. 18, iss. 12. P. 1775–1810. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1988)0181775:TWMTGO2.0.CO;2
  2. Tolman H. L. A third-generation model for wind waves on slowly varying, unsteady, and inhomogeneous depths and currents // Journal of Physical Oceanography. 1991. Vol. 21, iss. 6. P. 782–797. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1991)0210782:ATGMFW2.0.CO;2
  3. 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. https://doi.org/10.1029/98JC02622
  4. MIKE 21 Wave Modelling. MIKE 21 Spectral Waves FM: Short description. Horsholm : DHI, 2007. 14 p. URL: https://www.mikepoweredbydhi.com/-/media/shared%20content/ mike%20by%20dhi/flyers%20and%20pdf/product-documentation/short%20descriptions/ mike21_sw_fm_short_description.pdf (date of access: 03.07.2020).
  5. Wave modelling – The state of the art / L. Cavaleri [et al.]; The WISE Group // Progress in Oceanography. 2007. Vol. 75, iss. 4. P. 603–674. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2007.05.005
  6. Система оперативного прогноза ветрового волнения Черноморского центра морских прогнозов / Ю. Б. Ратнер [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 5. С. 56–66. doi:10.22449/0233-7584-2017-5-56-66
  7. Variability of the nearshore wave climate in the Eastern part of the Black Sea / Y. Saprykina [et al.] // Pure and Applied Geophysics. 2019. Vol. 176, iss. 8. P. 3757–3768. https://doi.org/10.1007/s00024-019-02143-1
  8. Akpinar A., Ponce de León S. 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. https://doi.org/10.1016/j.dynatmoce.2015.12.002
  9. Rusu L. Assessment of the wave energy in the Black Sea based on a 15-Year hindcast with data assimilation // Energies. 2015. Vol. 8, iss. 9. P. 10370–10388. https://doi.org/10.3390/en80910370
  10. 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. https://doi.org/10.5194/nhess-14-2883-2014
  11. Akpinar A., Ihsan Kömürcü M. Assessment of wave energy resource of the Black Sea based on 15-year numerical hindcast data // Applied Energy. 2013. Vol. 101. P. 502–512. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.06.005
  12. Aydoğan B., Ayat B., Yüksel Y. Black Sea wave energy atlas from 13 years hindcasted wave da-ta // Renewable Energy. 2013. Vol. 57. P. 436–447. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.01.047
  13. Galabov V. On the wave energy potential of the Bulgarian Black Sea Coast // 13th SGEM GeoConference on Water Resources. Forest, Marine and Ocean Ecosystems: SGEM2013 Conference Proceedings, June 16-22, 2013. Varna, Bulgaria, 2013. P. 831–838. doi:10.5593/SGEM2013/BC3/S15.003
  14. Мысленков С. А., Шестакова А. А., Торопов П. А. Численное моделирование штормового волнения у северо-восточного побережья Черного моря // Метеорология и гидрология. 2016. № 10. P. 61–71.
  15. Полонский А. Б., Фомин В. В., Гармашов А. В. Характеристики ветрового волнения Черного моря // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. 2011. № 8. С. 108–112.
  16. Rusu E. Wave energy assessments in the Black Sea // Journal of Marine Science and Technology. 2009. Vol. 14, iss. 3. P. 359–372. https://doi.org/10.1007/s00773-009-0053-6
  17. Validation of the WAMC4 wave model for the Black Sea / Z. Cherneva [et al.] // Coastal Engineering. 2008. Vol. 55, iss. 11. P. 881–893. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2008.02.028
  18. Divinsky B. V., Kosyan R. D. Spatiotemporal variability of the Black Sea wave climate in the last 37 years // Continental Shelf Research. 2017. Vol. 136. P. 1–19. https://doi.org/10.1016/j.csr.2017.01.008
  19. Akpınar A., Bingölbali B., Van Vledder G. Ph. Long-term analysis of wave power potential in the Black Sea, based on 31-year SWAN simulations // Ocean Engineering. 2017. Vol. 130. P. 482–497. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.12.023
  20. Rusu L. The wave and wind power potential in the western Black Sea // Renewable Energy. 2019. Vol. 139. P. 1146–1158. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.017
  21. Aydoğan B., Ayat B. Spatial variability of long-term trends of significant wave heights in the Black Sea // Applied Ocean Research. 2018. Vol. 79. P. 20–35. https://doi.org/10.1016/j.apor.2018.07.001
  22. Akpınar A., Jafali H., Rusu E. Temporal variation of the wave energy flux in hotspot areas of the Black Sea // Sustainability. 2019. Vol. 11, iss. 3. 562. https://doi.org/10.3390/su11030562
  23. Divinsky B. V., Kosyan R. D. Climatic trends in the fluctuations of wind waves power in the Black Sea // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2020. Vol. 235. 106577. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2019.106577
  24. Divinsky B., Kosyan R. Parameters of wind seas and swell in the Black Sea based on numerical modeling // Oceanologia. 2018. Vol. 60, iss. 3. P. 277–287. https://doi.org/10.1016/j.oceano.2017.11.006
  25. Сопоставление скорости ветра над Черным морем по спутниковым и метеорологическим данным / А. В. Гармашов [и др.] // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 3. С. 351–360. doi:10.7868/S0002351516030044
  26. MAROS: A Decision Support System for Optimizing Monitoring Plans / J. J. Aziz [et al.] // Groundwater. 2003. Vol. 41, iss. 3. P. 355–367. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2003.tb02605.x
  27. Wind velocity and wind curl variability over the Black Sea from QuikScat and ASCAT satellite measurements / A. Kubryakov [et al.] // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 224. P. 236–258. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.01.034
  28. Репетин Л. Н., Белокопытов В. Н. Режим ветра северо-западной части Черного моря и его климатические изменения // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидро-физика, 2008. Вып. 17. С. 225–243.
  29. Гидрометеорологические условия морей Украины. Том 2: Черное море / Ю. П. Ильин [и др.]. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. 421 с.
  30. Ефимов В. В., Анисимов А. Е. Климатические характеристики изменчивости поля ветра в Черноморском регионе – численный реанализ региональной атмосферной циркуляции // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 3. С. 380–392.
  31. Изменчивость толщины перемешанного слоя в Черном море и ее связь с динамикой вод и атмосферным воздействием / А. А. Кубряков [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 449–468. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-449-468
  32. Non-linearities, regime shifts and recovery: The recent influence of climate on Black Sea chlorophyll / A. McQuatters-Gollop [et al.] // Journal of Marine Systems. 2008. Vol. 74, iss. 1–2. P. 649–658. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2008.06.002

Скачать статью в PDF-формате