Особенности волновых процессов в Южно-Курильском проливе по данным наблюдений

Д. П. Ковалев, П. Д. Ковалев✉

Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск, Россия

✉ e-mail: kovalev_pd@outlook.com

Аннотация

Цель. Целью работы является изучение волнения в Южно-Курильском проливе в диапазоне периодов от ветровых волн до приливных с использованием данных натурных наблюдений и объяснение наблюдаемых волновых процессов с помощью существующих теорий и моделей.

Методы и результаты. Рассмотрены результаты анализа долговременных (до 12 месяцев) временны́х серий наблюдений за волнением и температурой воды с дискретностью 1 с в трех пунктах прибрежной зоны Южно-Курильского пролива, выполненных с использованием донных автономных регистраторов волнения АРВ-К14. Для обнаружения волновых процессов применялся спектральный анализ, который показал наличие значимых максимумов в спектральных плотностях. В результате обнаружены суточные и полусуточные приливные волны, а по временны́м рядам колебаний температуры морской воды – волны с периодом приливной гармоники K1. Расчет периодов сейш выполнялся по формуле для полуоткрытой акватории и показал возможность генерации собственных колебаний уровня Южно-Курильского пролива с периодом 5,0 ч, который близок к периоду 4,8 ч, обнаруженному по данным наблюдений. Выявлен рост амплитуды сейш, начинающийся после достижения минимального уровня отлива, по мере увеличения уровня. Объяснение этому эффекту дано с использованием динамического механизма генерации прибрежных сейш глубоководными внутренними волнами, возбуждаемыми баротропным приливом, описанному в статьях Д. К. Чапмана и Г. С. Гизе.

Выводы. Показано, что вклад энергии в волновой процесс с периодом 4,8 ч могут вносить как сейши, так и приливная гармоника. Колебания уровня с периодами от 0,4 до 3 ч не зависят от приливных гармоник и, возможно, являются сейшами или краевыми волнами. По результатам спектрального анализа трех временны́х рядов установлено, что сейши в Южно-Курильском проливе имеют малую энергию и в нем нет условий для их значительного резонансного усиления. Показано, что часть энергии приливных волн передается сейшевым колебаниям бухт Крабовой и Малокурильской. Анализ колебаний уровня моря в диапазоне инфрагравитационных волн показал возможность перехода колебаний в Южно-Курильской бухте к хаотическим, что подтверждено моделированием поведения динамической системы – водной массы бухты, возбуждаемой приходящими волнами зыби.

Ключевые слова

сейши, зыбь, инфрагравитационные волны, приливные волны, хаотические колебания, колебания уровня моря, натурные наблюдения, спектральный анализ

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания ИМГиГ ДВО РАН (FWWM-2021-0002) при частичном финансировании грантом Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ РФ № НШ-70.2022.1.5.

Для цитирования

Ковалев Д. П., Ковалев П. Д. Особенности волновых процессов в Южно-Курильском проливе по данным наблюдений // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 4. С. 478–496. EDN CNZLGB.

Kovalev, D.P. and Kovalev, P.D., 2023. Features of the Wave Processes in the South Kuril Strait Based on Observational Data. Physical Oceanography, 30(4), pp. 438-453.

Список литературы

  1. Ковалев П. Д., Шевченко Г. В., Ковалев Д. П. Исследование длинноволновых движений в южной части Курильской гряды // Морские исследования и технологии изучения природы Мирового океана. Владивосток : ДВО РАН, 2005. Вып. 1. С. 69–81.
  2. Kovalev P. D., Shevchenko G. V., Kovalev D. P. Investigation of the sea level fluctuations in the Yuzhno-Kurilskaya Bay in 2005 // Proceedings of the 21st International Symposium on Okhotsk Sea & Sea Ice, 19-24 February 2006, Mombetsu, Hokkaido, Japan. P. 225–231.
  3. Causation of large-amplitude coastal seiches on the Caribbean Coast of Puerto Rico / G. S. Giese [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 1990. Vol. 20, iss. 9. P. 1449–1458. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1990)020%3C1449:COLACS%3E2.0.CO;2
  4. Плеханов Ф. А., Ковалев Д. П. Программа комплексной обработки и анализа временных рядов данных уровня моря на основе авторских алгоритмов // Геоинформатика. 2016. № 1. С. 44–53.
  5. Parker B. B. Tidal Analysis and Prediction. Silver Spring, Maryland, 2007. 378 p.
  6. Wilson B. W. Seiches // Advances in Hydroscience. 1972. Vol. 8. P. 1–94. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-021808-0.50006-1
  7. Korgen B. J. Seiches // American Scientist. 1995. Vol. 83, no. 4. P. 330–341.
  8. De Jong M. Origin and prediction of seiches in Rotterdam harbor basins. PrintPartners Ipskamp B.V., 2004. 119 p.
  9. Rabinovich A. B. Seiches and Harbor Oscillations // Handbook of Coastal and Ocean Engineering. Singapore : World Scientific Publishing Company, 2009. P. 193–236.
  10. Defant A. Physical Oceanography. New York : Pergamon Press, 1960. Vol. 2. 598 p.
  11. Rabinovich A. B., Monserrat S. Meteorological tsunamis near the Balearic and Kuril Islands: Descriptive and statistical analysis // Natural Hazards. 1996. Vol. 13, iss. 1. P. 55–90. https://doi.org/10.1007/BF00156506
  12. Monserrat S., Vilibić I., Rabinovich A. B. Meteotsunamis: atmospherically induced destructive ocean waves in the tsunami frequency band // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2006. Vol. 6, iss. 6. P. 1035–1051. https://doi.org/10.5194/nhess-6-1035-2006
  13. Hibiya T., Kajiura K. Origin of the Abiki phenomenon (a kind of seiche) in Nagasaki Bay // Journal of the Oceanographical Society of Japan. 1982. Vol. 38, iss. 3. P. 172–182. https://doi.org/10.1007/BF02110288
  14. De Jong M. P. C., Holthuijsen L. H., Battjes J. A. Generation of seiches by cold fronts over the southern North Sea // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C4. 3117. doi:10.1029/2002JC001422
  15. Giese G. S., Chapman D. C. Coastal seiches // Oceanus. 1993. Vol. 36, iss. 1. P. 38–46.
  16. Рабинович А. Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. Л. : Гидрометеоиздат, 1993. 324 с.
  17. Рабинович А. Б., Левянт А. С. Влияние сейшевых колебаний на формирование спектра длинных волн у побережья Южных Курил // Океанология. 1992. Т. 32, № 1. С. 29–38.
  18. Судольский А. С. Динамические явления в водоемах. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 262 с.
  19. Марамзин В. Я. Расчет сейшевых колебаний методом конечных элементов в бассейнах произвольной формы // Теоретические и экспериментальные исследования длинноволновых процессов. Владивосток : ДВНЦ АН СССР, 1985. С. 104–114.
  20. Nakano M., Unoki S. On the seiches (the secondary undulations of tides) along the coast of Japan // Records of Oceanographic Works in Japan. 1962. Special No. 6. P. 169–214.
  21. Morozov E. G. Semidiurnal internal wave global field // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1995. Vol. 42, iss. 1. P. 135–148. https://doi.org/10.1016/0967-0637(95)92886-C
  22. Müller P., Briscoe M. Diapicnal mixing and internal waves // Proceedings Hawaiian Winter Workshop, University of Hawaii at Manoa, Jan 18-22, 1999. P. 289–295.
  23. Müller P., Briscoe M. Diapicnal mixing and internal waves // Oceanography. 2000. Vol. 13, iss. 2. P. 98–103. https://doi.org/10.5670/oceanog.2000.40
  24. Evidence of coastal seiche excitation by tide-generated internal solitary waves / G. S. Giese [et al.] // Geophysical Research Letters. 1982. Vol. 9, iss. 12. P. 1305–1308. https://doi.org/10.1029/GL009i012p01305
  25. Chapman D. C., Giese G. S. A model for the generation of coastal seiches by deep-sea internal waves // Journal of Physical Oceanography. 1990. Vol. 20, iss. 9. P. 1459–1467. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1990)0201459:AMFTGO2.0.CO;2
  26. Сквайр В. А., Ковалев П. Д., Ковалев Д. П. Солитоноподобные волны в окрестностях Южных Курильских островов // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 1. С. 5–22. doi:10.22449/0233-7584-2021-1-5-22
  27. Giese G. S. The relationship between coastal seiches in Puerto Rico and tide-generated internal solitary waves // Proceedings of the Association of Island Marine Laboratories of the Caribbean: 17th meeting, Miami, USA, 16–20 May 1983. Miami, USA : University of Miami, 1983. Vol. 17. P. 17. URL: http://www.amlc-carib.org/meetings/procs/1983AMLC_Proceedings.pdf (date of access: 27.07.2023).
  28. Kovalev P. D., Kovalev D. P. The dependence of the wave mode from external periodic excitation in the harbor of port Kholmsk // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 324. 012016. doi:10.1088/1755-1315/324/1/012016
  29. Мун Ф. Хаотические колебания. М. : Мир, 1990. 312 с.
  30. The Duffing Equation: Nonlinear Oscillators and their Behaviour / Ed. by I. Kovacic, M. J. Brennan. Chichester : John Wiley & Sons, Ltd., 2011. 392 p.

Скачать статью в PDF-формате