Численное моделирование штормового нагона 15 ноября 2019 года на юге острова Сахалин

А. И. Зайцев1,✉, Е. Н. Пелиновский2, Д. Доган3, Б. Ялченир3, А. Ялченир3, А. А. Куркин4, А. А. Москвитин1

1 Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований, Дальневосточное отделение РАН, Южно-Сахалинск, Россия

2 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия

3 Технический университет Центральной Азии, Анкара, Турция

4 Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия

✉ e-mail: aizaytsev@mail.ru

Аннотация

Цель. С помощью численного моделирования исследовать штормовой нагон, возникший 15 ноября 2019 г. в г. Корсаков на юге о. Сахалин, и сопоставить результаты моделирования с данными полевых измерений – цель настоящей работы.

Методы и результаты. Проведено полевое исследование штормового нагона в г. Корсаков, и собраны данные о размерах затопленной зоны. Штормовой период на Сахалине наблюдается почти ежегодно осенью и зимой. Сильный шторм, случившийся 15 ноября 2019 г. на юге Сахалинской области, привел к затоплению территории порта г. Корсаков. Численное моделирование штормового нагона проводилось в рамках нелинейных уравнений мелкой воды в сферических координатах с учетом вращения Земли, силы трения и атмосферного воздействия с помощью вычислительного комплекса НАМИ-ДАНС. Расчеты выполнены с использованием данных о временном и пространственном распределении скорости приземного ветра на высоте 10 м, взятых из базы данных системы анализа прогноза климата Climate Forecast System Reanalysis. Данные об атмосферном давлении в расчетах не использовались, поскольку градиент атмосферного давления на исследуемой акватории был мал. Моделирование проводилось на период времени трое суток. Как показали расчеты, через 20 ч после начала действия ветра уровень воды в акватории порта поднялся до своих максимальных значений и не спадал в течение суток. Максимальные подъемы уровня воды были сосредоточены в северо-западной части залива Анива. При этом рассчитанные скорости течений достигали 2 м/c. В период шторма при скорости ветра до 15 м/с высота штормового нагона в районе порта г. Корсаков составляла 1,7 м, ширина зоны затопления прибрежной территории достигала 200 м. Эти результаты хорошо подтверждаются данными полевых измерений.

Выводы. Представлены результаты численного моделирования штормового нагона 15 ноября 2019 г. на юге о. Сахалин в г. Корсаков. Вычислены значения силовых характеристик. Получено, что квадрат числа Фруда достигает 0,03 в портовой части г. Корсаков, пространственное распределение момента силы волн ~1 м3/с2. Это является свидетельством значительного силового воздействия штормового нагона на портовые конструкции, что подтверждается результатами полевых измерений и сообщениями очевидцев.

Ключевые слова

штормовой нагон, о. Сахалин, численное моделирование, теория мелкой воды, натурные измерения

Благодарности

Работа выполнена при частичной поддержке гранта РФФИ № 18-05-80019 (Программа «Опасные явления»), а также при финансовой поддержке грантов Президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ РФ НШ-2485.2020.5 и научных исследований молодых российских ученых – докторов наук МД-148.2020.5.

Для цитирования

Численное моделирование штормового нагона 15 ноября 2019 года на юге острова Сахалин / А. И. Зайцев [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 4. С. 396–406. EDN ZUBBYG. doi:10.22449/0233-7584-2020-4-396-406

Zaytsev, A.I., Pelinovsky, E.N., Dogan, D., Yalciner, B., Yalciner, A., Kurkin, A.A. and Moskvitin A.A., 2020. Numerical Simulation of the Storm Surge at the Sakhalin Island Southern Part on November 15, 2019. Physical Oceanography, 27(4), pp. 364-373. doi:10.22449/1573-160X-2020-4-364-373

DOI

10.22449/0233-7584-2020-4-396-406

Список литературы

  1. Шевченко Г. В., Любицкий Ю. В., Като Л. Н. Проявления штормовых нагонов в южной части острова Сахалин. Южно-Сахалинск : ИМГиГ ДВО РАН, 1994. 44 с.
  2. Като Э., Миськов О. А., Шевченко Г. В. Штормовые нагоны на побережье острова Сахалин в конце ХХ века // Динамические процессы на шельфе Сахалина и Курильских островов. Южно-Сахалинск : ИМГиГ ДВО РАН, 2001. С. 160–176.
  3. Шевченко Г. В. Статистические характеристики штормовых нагонов в южной части о. Cахалин // Известия РГО. 1997. Т. 129, № 3. С. 94–107.
  4. Ковалев Д. П. Экстремальный сгон у юго-восточного побережья о. Сахалин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 1. С. 52–57.
  5. Фомин В. В., Иванов В. А. Численное моделирование ветрового волнения в районе острова Коса Тузла // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2004. № 10. С. 233–242.
  6. Simulation and Analysis of Sea Floods in the Don River Delta / V. V. Fomin [et al.] // Russian Meteorology and Hydrology, 2018, Vol. 43. P. 95–102. https://doi.org/10.3103/S106837391802005X
  7. Шульга Т. Я. Моделирование сгонно-нагонных явлений в ограниченном морском бассейне // Морской гидрофизический журнал. 2006. № 6. С. 3–12.
  8. Моделирование штормовых нагонов в прибрежной зоне о. Сахалин / А. А. Иванова [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2015. № 3. С. 41–49.
  9. Вычислительный комплекс НАМИ-ДАНС в проблеме цунами / А. И. Зайцев [и др.] // Вычислительная механика сплошных сред. 2019. Т. 12, № 2. С. 161–174. doi:10.7242/1999-6691/2019.12.2.14
  10. Numerical tsunami model NAMI-DANCE / A. Zaytsev [et al.] // Science of Tsunami Hazards. 2019. vol. 38, iss. 4. P. 151–168.
  11. Ozer C., Yalciner A. C. Sensitivity Study of Hydrodynamic Parameters During Numerical Simulations of Tsunami Inundation // Pure and Applied Geophysics. 2011. Vol. 168. P. 2083–2095. doi:10.1007/s00024-011-0290-6
  12. Tsunami inundation modeling in constructed environments: A physical and numerical comparison of free-surface elevation, velocity, and momentum flux / H. Park [et al.] // Coastal Engineering. 2013. Vol. 79. P. 9–21. doi:10.1016/j.coastaleng.2013.04.002

Скачать статью в PDF-формате