Вероятностные характеристики интенсивных короткопериодных внутренних волн в Японском море

М. В. Кокоулина, О. Е. Куркина, Е. А. Рувинская, А. А. Куркин✉

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

✉ e-mail: aakurkin@gmail.com

Аннотация

Цель. Работа посвящена исследованию региональных особенностей поля внутренних волн в Японском море (залив Петра Великого) на основе натурных данных – определению статистических характеристик внутреннего волнения, которые могут быть использованы для прогнозирования возможности генерации волн экстремальных амплитуд.

Методы и результаты. В качестве исходных данных для анализа использовались записи изменчивости температуры воды в заливе Петра Великого, полученные за период 11–20 октября 2011 г. (глубина в точке замеров 42 м). Частота дискретизации записи составляет 1 с и позволяет анализировать форму короткопериодных внутренних волн. Использованы также данные о вертикальном распределении солености вблизи точки измерений. Закон спадания спектра плотности мощности исследуемой записи хорошо описывается моделью Гаррета – Манка для исследуемой зоны Японского моря. Рассчитанные временные ряды плотности использованы для получения основных статистических характеристик, в том числе статистических моментов. Наряду с моментными характеристиками были определены параметры волн, такие как высоты волн, периоды, крутизна и амплитуда волнового склона. Построены и проанализированы распределения ординат волн, высот волн, периодов и других характеристик волнения. С помощью пуассоновской статистики дан прогноз ожидаемых высот волн.

Выводы. Показано, что исследуемые вероятностные характеристики внутренних волн хорошо описываются логнормальным распределением. На основании распределений повторяемости высот внутренних волн оценены вероятности появления интенсивных возмущений. Показано, что в течение 10 дней гарантированно появляется короткопериодная волна высотой не менее 7 м при глубине моря в точке наблюдений 42 м.

Ключевые слова

интенсивные внутренние волны, натурные наблюдения, вероятностные характеристики экстремальных волн, шельф, Японское море

Благодарности

Представленные результаты получены в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (тема № FSWE-2020-0007) и при поддержке гранта Президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ РФ НШ-2485.2020.5, а также стипендии Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам (СП-1225.2019.5).

Для цитирования

Вероятностные характеристики интенсивных короткопериодных внутренних волн в Японском море / М. В. Кокоулина [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 5. С. 545–558. EDN EJIRCV. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-545-558

Kokoulina, M.V., Kurkina, O.E., Rouvinskaya, E.A. and Kurkin, A.A., 2020. Probabilistic Characteristics of Intensive Short-Period Internal Waves in the Sea of Japan. Physical Oceanography, 27(5), pp. 501-513. doi:10.22449/1573-160X-2020-5-501-513

DOI

10.22449/0233-7584-2020-5-545-558

Список литературы

  1. Morozov E. G. Oceanic Internal Tides: Observations, Analysis and Modeling // Cham : Springer International Publishing, 2018. 304 p. doi:10.1007/978-3-319-73159-9
  2. База данных наблюдений внутренних волн в Мировом океане / А. С. Епифанова [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 4. С. 395–403. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-395-403
  3. Vlasenko V., Stashchuk N., Hutter K. Baroclinic Tides: Theoretical Modeling and Observational Evidence. Cambridge : Cambridge University Press, 2005. P. 335–347. https://doi.org/10.1017/CBO9780511535932
  4. Handbook of offshore engineering: in two volums / [ed. by] S. Chakrabarti. London : Elsevier, 2005.
  5. Osborne A. Nonlinear Ocean Waves and the Inverse Scattering Transform. Amsterdam : Academic Press, 2010. 944 p. (International Geophysics ; Vol. 97).
  6. Comparisons of internal solitary wave and surface wave actions on marine structures and their responses / Z. J. Song [et al.] // Applied Ocean Research. 2011. Vol. 33, iss. 2. P. 120–129. https://doi.org/10.1016/j.apor.2011.01.003
  7. Stöber U., Moum J. N. On the potential for automated realtime detection of nonlinear internal waves from seafloor pressure measurements // Applied Ocean Research. 2011. Vol. 33, iss. 4. P. 275–285. doi:10.1016/j.apor.2011.07.007
  8. Свергун Е. И., Зимин А. В. Оценка повторяемости интенсивных внутренних волн в Белом и Баренцевом морях по данным экспедиционных исследований // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017. Т. 10, № 2. С. 13–19. doi:10.7868/S2073667317020022
  9. Зимин А. В., Свергун Е. И. Короткопериодные внутренние волны в шельфовых районах Белого, Баренцева и Охотского морей: оценка повторяемости экстремальных высот и динамических эффектов в придонном слое // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2018. Т. 11, № 4. С. 66–72. doi:10.7868/S2073667318040081
  10. Экспериментальные исследования внутренних волн в прибрежной зоне Японского моря / И. О. Ярощук [и др.] // Подводные исследования и робототехника. 2013. № 1 (15). С. 37–44.
  11. Об интенсивных внутренних волнах в прибрежной зоне залива Петра Великого (Японское море) / И. О. Ярощук [и др.] // Метеорология и гидрология. 2016. № 9. С. 55–62.
  12. Samchenko A. N., Yaroshchuk I. O., Kosheleva A. V. Internal gravity waves in the coastal zone of the Sea of Japan according to the natural observations // Regional Studies in Marine Science. 2018. Vol. 18. P. 156–160. https://doi.org/10.1016/j.rsma.2018.02.004
  13. Propagation regimes and populations of internal waves in the Mediterranean Sea basin / O. Kurkina [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2017. Vol. 185. P. 44–54. doi:10.1016/j.ecss.2016.12.003
  14. Breather generation in fully nonlinear models of a stratified fluid / K. G. Lamb [et al.] // Physical Review. 2007. Vol. E 75. 046306. doi:https://doi.org/10.1103/PhysRevE.75.046306
  15. Перенос частиц при распространении бризеров внутренних гравитационных волн / Е. А. Рувинская [и др.] // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 3. С. 53–61.
  16. Transformation of internal breathers in the idealized shelf sea conditions / E. Rouvinskaya [et al.] // Continental Shelf Research. 2015. V. 110. P. 60–71. https://doi.org/10.1016/j.csr.2015.09.017
  17. Internal breathers' loads on marine facilities / E. Rouvinskaya [et al.] // 13th International MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Sciences, Engineering, Management and Conservation, MEDCOAST 2017. Mugla, Turkey : MEDCOAST, 2017. Vol. 2. P. 1191–1202
  18. Particle transport by internal breathers / E. A. Rouvinskaya [et al.] // 13th International MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Sciences, Engineering, Management and Conservation, MEDCOAST 2017. Mugla, Turkey : MEDCOAST, 2017. Vol. 2. P. 1179–1190.

Скачать статью в PDF-формате