Соотношение глубины впадины и высоты гребня поверхностных волн в прибрежной зоне Черного моря

А. С. Запевалов✉, А. В. Гармашов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: sevzepter@mail.ru

Аннотация

Цель. Целью настоящей работы является анализ изменчивости отношения глубины впадины и высоты гребня поверхностных волн, а также связи этого отношения с асимметрией распределения возвышений морской поверхности.

Методы и результаты. Анализ проводится на основе данных волновых измерений со стационарной океанографической платформы, расположенной на Черном море в районе Южного берега Крыма. Глубина в том месте, где установлена платформа, составляет ~ 30 м. Анализируемый массив данных насчитывает 17083 20-минутных сеансов измерений. Аномальные волны выделялись по индексу аномальности AI, равному отношению максимальной за сеанс высоты волны и значительной высоты волн. Аномальные волны, у которых AI > 2, наблюдались в 562 сеансах измерений, что соответствует вероятности их появления, равной 3,3%. Значения AI лежат в пределах 1,16–2,79. Отношение глубины впадины Th наиболее высокой волны и высоты ее гребня Cr находится в диапазоне 0,37 < Th/Cr < 1,47 при среднем значении 0,79.

Выводы. Статистические характеристики волн, определенные в присутствии аномальных волн, заметно отличаются от характеристик, полученных при AI < 2. В ситуациях, когда AI < 2, вероятность события, при котором глубина впадины Th наиболее высокой волны больше высоты ее гребня Cr, составляет 10,9%. Событие Th/Cr > 1 не наступает, если AI < 1,4. Когда присутствуют волны, удовлетворяющие условию AI > 2, вероятность события Th/Cr > 1 составила 19,4%. Показано, что условие Th/Cr > 1 не является необходимым для появления отрицательной асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Вероятность больших отклонений асимметрии от нулевого значения как в сторону положительных, так и в сторону отрицательных значений при AI > 2 выше, чем при AI < 2. Статистическая связь между асимметрией и отношением Th/Cr наблюдается только у аномальных волн.

Ключевые слова

морская поверхность, аномально высокие волны, индекс аномальности, асимметрия распределения возвышений, Черное море

Благодарности

Работа выполнена в рамках темы государственного задания FNNN-2021-0004 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».

Для цитирования

Запевалов А. С., Гармашов А. В. Соотношение глубины впадины и высоты гребня поверхностных волн в прибрежной зоне Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 1. С. 78–86. EDN ZNPAZD.

Zapevalov, A.S. and Garmashov, A.V., 2024. Ratio between Trough and Crest of Surface Waves in the Coastal Zone of the Black Sea. Physical Oceanography, 31(1), pp. 71-78.

Список литературы

  1. Longuet-Higgins M. S. The effect of non-linearities on statistical distributions in the theory of sea waves // Journal of Fluid Mechanics. 1963. Vol. 17, iss. 3. P. 459–480. https://doi.org/10.1017/S0022112063001452
  2. Statistical distribution of nonlinear random water wave surface elevation / H. Yijun [et al.] // Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2006. Vol. 24, iss. 1. P. 1–5. https://doi.org/10.1007/BF02842767
  3. Tayfun M. A., Alkhalidi M. A. Distribution of Surface Elevations in Nonlinear Seas // Offshore Technology Conference Asia, Kuala Lumpur, Malaysia, March 2016. OTC, 2016. 14 p. https://doi.org/10.4043/26436-ms
  4. Janssen P. A. E. M. Nonlinear four-wave interactions and freak waves // Journal of Physical Oceanography. 2003. Vol. 33, iss. 4. P. 863–884. https://doi.org/10.1175/15200485(2003)33%3C863:NFIAFW%3E2.0.CO;2
  5. Annenkov S. Y., Shrira V. I. Evaluation of skewness and kurtosis of wind waves parameterized by JONSWAP Spectra // Journal of Physical Oceanography. 2014. Vol. 44, iss. 6. P. 1582– 1594. doi:10.1175/JPO-D-13-0218.1
  6. Jha A. K., Winterstein S. R. Nonlinear random ocean waves: prediction and comparison with data // Proceedings of the 19th International Offshore Mechanics and Arctic Engineering Symposium. ASME, 2000. Paper No. OMAE 00-6125.
  7. Guedes Soares C., Cherneva Z., Antão E. M. Steepness and asymmetry of the largest waves in storm sea states // Ocean Engineering. 2004. Vol. 31, iss. 8–9. P. 1147–1167. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2003.10.014
  8. Bilyay E., Ozbahceci B. O., Yalciner A. C. Extreme waves at Filyos, southern Black Sea // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2011. Vol. 11, iss. 3. P. 659–666. doi:10.5194/nhess-11-659-2011
  9. Запевалов А. С., Гармашов А. В. Асимметрия и эксцесс поверхностных волн в прибрежной зоне Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 4. С. 447–459. EDN SKHDZD. doi:10.22449/0233-7584-2021-4-447-459
  10. Запевалов А. С., Гармашов А. В. Появление отрицательных значений коэффициента асимметрии морских поверхностных волн // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2022. Т. 58, № 3. С. 310–317. EDN JHQGDE. doi:10.31857/S0002351522030130
  11. Kharif C., Pelinovsky E., Slunyaev A. Rogue Waves in the Ocean. Berlin ; Heidelberg : Springer, 2009. 216 p. (Advances in Geophysical and Environmental Mechanics and Mathematics). doi:10.1007/978-3-540-88419-4
  12. Freak waves off Ratnagiri, west coast of India / J. Glejin [et al.] // Indian Journal of GeoMarine Sciences. 2014. Vol. 43, iss. 7. P. 1339–1342.
  13. Didenkulova I., Anderson C. Freak waves of different types in the coastal zone of the Baltic Sea // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2010. Vol. 10, iss. 9. P. 2021–2029. https://doi.org/10.5194/nhess-10-2021-2010
  14. Толокнов Ю. Н., Коровушкин А. И. Система сбора гидрометеорологической информации // Системы контроля окружающей среды. 2010. Вып. 13. С. 50–53.
  15. Соловьев Ю. П., Иванов В. А. Предварительные результаты измерений атмосферной турбулентности над морем // Морской гидрофизический журнал. 2007. № 3. С. 42–61. EDN YOVLFR.
  16. Ефимов В. В., Комаровская О. И. Возмущения, вносимые Крымскими горами в поля скорости ветра // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 2. С. 134–146. EDN WEALEB. doi:10.22449/0233-7584-2019-2-134-146
  17. Risk assessment of encountering killer waves in the Black Sea / V. A. Ivanov [et al.] // Geography, Environment, Sustainability. 2012. Vol. 5, iss. 1. P. 84–111. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2012-5-1-84-111
  18. Discussions on the occurrence probabilities of observed freak waves / A.-F. Tao [et al.] // Journal of Marine Science and Technology. 2015. Vol. 23, iss. 6. P. 923–928. doi:10.6119/JMST-015-0610-10
  19. Запевалов А. С., Гармашов А. В. Вероятность появления аномальных волн в прибрежной зоне Черного моря у Южного берега Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2022. № 3. С. 6–15. EDN CCZQGI. doi:10.22449/2413-5577-2022-3-6-15
  20. Luxmoore J. F., Ilic S., Mori N. On kurtosis and extreme waves in crossing directional seas: a laboratory experiment // Journal of Fluid Mechanics. 2019. Vol. 876. P. 792–817. https://doi.org/10.1017/jfm.2019.575
  21. Real world ocean rogue waves explained without the modulational instability / F. Fedele [et al.] // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. 27715. https://doi.org/10.1038/srep27715

Скачать статью в PDF-формате