Экстремальный черноморский шторм в ноябре 2023 года

В. А. Дулов, М. В. Юровская✉, В. В. Фомин, М. В. Шокуров, Ю. Ю. Юровский, В. С. Барабанов, А. В. Гармашов

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: mvkosnik@gmail.com

Аннотация

Цель. Цель работы – представить углубленное описание экстремального шторма на Черном море в ноябре 2023 г. в терминах характеристик полей ветра и волн на основе модельных расчетов, спутниковых данных и натурных измерений.

Методы и результаты. Расчет атмосферных полей был выполнен с помощью модели WRF, расчет волновых полей – с помощью модели SWAN. Представлено подробное описание поля ветра и волновых полей, их развитие при шторме. Исследовано явление затенения волн Крымским п-овом. С использованием доступных данных на период шторма результаты расчетов сопоставлены с данными спутниковых альтиметров, волнового скаттерометра CFOSAT SWIM и радара с синтезированием апертуры. Представлены данные контактных измерений, проведенных в период шторма штатным оборудованием с океанографической платформы Черноморского гидрофизического подспутникового полигона Морского гидрофизического института РАН в прибрежной зоне Южного берега Крыма. Расчет характеристик волн вблизи океанографической платформы сделан методом вложенных сеток.

Выводы. Получено, что при шторме в ноябре 2023 г. в Черном море максимальные высоты волн и максимальные периоды волн превышали 9 м и 13 с соответственно. Показано, что результаты расчетов подтверждаются большим объемом спутниковых данных. Расчет характеристик волн вблизи океанографической платформы согласуется с контактными измерениями с платформы. Поскольку использованные конфигурации моделей позволили получить поля физических характеристик волн с высокой степенью достоверности, их можно применять для надежного прогноза экстремальных штормов в Черном море. Затенение волн Крымским п-овом привело к понижению в два и более раз высоты экстремальных волн в протяженной прибрежной акватории от южной оконечности полуострова до м. Чауда (35,8о в. д.).

Ключевые слова

природные катастрофы, экстремальный шторм, Черное море, ветровые волны, атмосферная модель WRF, волновая модель SWAN, морские натурные данные, спутниковые волновые альтиметры, волновой скаттерометр CFOSAT SWIM, океанографическая платформа

Благодарности

Работа выполнена в рамках тем государственных заданий ФГБУН ФИЦ МГИ FNNN-2024-0001, FNNN-2022-0002, FNNN-2024-0012, FNNN-2024-0014, FNNN-2024-0016, и гранта № 169-15-2023-002 от 01.03.2023 г. Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Авторы благодарят руководителя Черноморского гидрофизического подспутникового полигона Морского гидрофизического института РАН Е. М. Лемешко за предоставление видеозаписи штормового волнения.

Для цитирования

Экстремальный черноморский шторм в ноябре 2023 года / В. А. Дулов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 2. С. 325–347. EDN ESLTYQ.

Dulov, V.A., Yurovskaya, M.V., Fomin, V.V., Shokurov, M.V., Yurovsky, Yu.Yu., Barabanov, V.S. and Garmashov, A.V., 2024. Extreme Black Sea Storm in November, 2023. Physical Oceanography, 31(2), pp. 295-316.

Список литературы

  1. Репетин Л. Н., Белокопытов В. Н., Липченко М. М. Ветры и волнение в прибрежной зоне юго-западной части Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. Вып. 9. С. 13–28. EDN ZREIKZ.
  2. Горячкин Ю. Н., Репетин Л. Н. Штормовой ветро-волновой режим у Черноморского побережья Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. Вып. 19. С. 56–69. EDN YKTSVR.
  3. Extreme wind waves in the Black Sea / В. V. Divinsky [et al.] / Oceanologia. 2020. Vol. 62, iss. 1. P. 23–30. https://doi.org/10.1016/j.oceano.2019.06.003
  4. Дивинский Б. В., Косьян Р. Д. Волновой климат прибрежной зоны Крымского полуострова // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 2. С. 101–110. EDN YNHCPR. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2018-2-101-110
  5. Akpınar A., Bingolbali B. Long-term variations of wind and wave conditions in the coastal regions of the Black Sea // Natural Hazards. 2016. Vol. 84, iss. 1. P. 69–92. https://doi.org/10.1007/s11069-016-2407-9
  6. Полонский А. Б., Фомин В. В., Гармашов А. В. Характеристики ветрового волнения Черного моря // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. 2011. № 8. С. 108–112.
  7. Ефимов В. В., Комаровская О. И. Атлас экстремального ветрового волнения Черного моря // Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2009. 59 с.
  8. Дивинский Б. В., Куклев С. Б. Климатические колебания некоторых волновых параметров на входе в Новороссийскую бухту // Океанология. 2022. Т. 62, № 2. С. 186–193. EDN MQJBHB. https://doi.org/10.31857/S0030157422020034
  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. Risk assessment of encountering killer waves in the Black Sea / V. A. Ivanov [et al.] // Geography, Environment, Sustainability. 2012. Vol. 5, no. 1. P. 84–111. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2012-5-1-84-111
  11. Atmospheric modeling for advance warning of weather disasters in the Black Sea region / V. A. Ivanov [et al.] // Geography, Environment, Sustainability. 2013. Vol. 6, no. 4. P. 31–47. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2013-6-4-31-47
  12. Observing sea states / F. Ardhuin [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2019. Vol. 6. 124. https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00124
  13. Rusu E. Reliability and applications of the numerical wave predictions in the Black Sea // Frontiers in Marine Science. 2016. Vol. 3. 95. https://doi.org/10.3389/fmars.2016.00095
  14. Ветровые волны в прибрежной зоне Южного берега Крыма – оценка качества моделирования на основе морских натурных измерений / М. В. Шокуров [и др.] // Океанология. 2016. Т. 56, № 2. С. 230–241. EDN VRYSVD. https://doi.org/10.7868/S0030157416020192
  15. 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
  16. Myslenkov S., Chernyshova A. Comparing wave heights simulated in the Black sea by the SWAN model with satellite data and direct wave measurements // Russian Journal of Earth Sciences. 2016. Vol. 16, iss. 5. ES5002. EDN XEUAAR. https://doi.org/10.2205/2016ES000579
  17. Gippius F. N., Myslenkov S. A. Black Sea wind wave climate with a focus on coastal regions // Ocean Engineering. 2020. Vol. 218. 108199. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.108199
  18. Quality of the wind wave forecast in the Black Sea including storm wave analysis / S. Myslenkov [et al.] // Sustainability. 2021. Vol. 13, iss. 23. 13099. https://doi.org/10.3390/su132313099
  19. 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
  20. Zijlema M., Van der Westhuysen A. J. On convergence behaviour and numerical accuracy in stationary SWAN simulations of nearshore wind wave spectra // Coastal Engineering. 2005. Vol. 52, iss. 3. P. 237–256. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2004.12.006
  21. Модернизированная система оперативного прогноза морского волнения Черноморского центра морских прогнозов / Ю. Б. Ратнер [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 5. С. 623–640. EDN ZHGTLY. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-5-623-640
  22. Фомин В. В., Полозок А. А. Особенности ветрового волнения в Балаклавской бухте в экстремальных ветровых условиях // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. № 1. С. 5–22. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2021-1-5-22
  23. Zijlema M., van Vledder G. Ph., Holthuijsen L. H. Bottom friction and wind drag for wave models // Coastal Engineering. 2012. Vol. 65. P. 19–26. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2012.03.002
  24. Komen G. J., Hasselmann S., Hasselmann K. On the existence of a fully developed wind-sea spectrum // Journal of Physical Oceanography. 1984. Vol. 14, iss. 8. P. 1271–1285. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1984)014%3C1271:OTEOAF%3E2.0.CO;2
  25. Madsen O. S., Poon Y.-K., Graber H. C. Spectral Wave Attenuation by Bottom Friction: Theory // Coastal Engineering Proceedings. 1988. Vol. 1, no. 21. 34. https://doi.org/10.9753/icce.v21.34
  26. Смолов В. Е., Розвадовский А. Ф. Применение платформы Arduino для регистрации ветровых волн // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 4. С. 467–479. EDN AKIIBG. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-4-467-479
  27. Ефимов В. В. Динамика волновых процессов в пограничных слоях атмосферы и океана. Киев : Наукова думка, 1981. 256 с.
  28. Krogstad H. E. Conventional analysis of wave measurement arrays // Measuring and analysing the directional spectrum of ocean waves / D. Hauser [et al.]. Luxembourg : Office for Official Publications of the European Communities, 2005. P. 56–71. http://dx.doi.org/10.25607/OBP-811
  29. Dulov V., Kudryavtsev V., Skiba E. On fetch- and duration-limited wind wave growth: Data and parametric model // Ocean Modelling. 2020. Vol. 153. 101676. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2020.101676
  30. Yurovsky Yu. Yu., Dulov V. A. MEMS-based wave buoy: Towards short wind-wave sensing // Ocean Engineering. 2020. Vol. 217. 108043. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.108043
  31. New observations from the SWIM radar on-board CFOSAT: Instrument validation and ocean wave measurement assessment / D. Hauser [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2021. Vol. 59, iss. 1. P. 5–26. https://doi.org/10.1109/TGRS.2020.2994372
  32. CFOSAT: Latest improvements in the swim products and contributions in oceanography / L. Hermozo [et al.] // IGARSS 2022 - 2022 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium Proceedings. GRSS, 2022. P. 6768–6771. https://doi.org/10.1109/IGARSS46834.2022.9883958
  33. Validation of wave spectral partitions from SWIM instrument on-board CFOSAT against in situ data / H. Jiang [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2022. Vol. 60. 4204013. https://doi.org/10.1109/TGRS.2021.3110952
  34. Combined co- and cross-polarized SAR measurements under extreme wind conditions / A. A. Mouche [et al.] // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2017. Vol. 55, no. 12. P. 6746–6755. https://doi.org/10.1109/TGRS.2017.2732508
  35. Collard F., Ardhuin F., Chapron B. Monitoring and analysis of ocean swell fields from space: New methods for routine observations // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114, iss. C7. C07023. https://doi.org/10.1029/2008JC005215
  36. Шторм 11 ноября 2007 г. в Керченском проливе: хроника событий, математическое моделирование и географо-экологический анализ нефтяного разлива / С. Н. Овсиенко [и др.] // Труды государственного океанографического института. 2008. Т. 211. С. 307–339. EDN PXMGNF.
  37. Филлипс О. М. Динамика верхнего слоя океана. Л. : Гидрометеоиздат, 1980. 320 с.
  38. Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave project (JONSWAP) / K. Hasselmann [et al.]. Hamburg : Deutschen Hydrographischen Institut, 1973. 95 p. (Ergänzungsheft zur Deutsche Hydrographische Zeitschrift. Reihe A. ; vol. A8, nr. 12). https://doi.org/citeulike-article-id:2710264
  39. Ardhuin F., Chapron B., Collard F. Observation of swell dissipation across oceans // Geophysical Research Letters. 2009. Vol. 36, iss. 6. L06607. https://doi.org/10.1029/2008GL037030
  40. Babanin A. V., Jiang H. Ocean swell: how much do we know // Proceedings of the ASME 2017 36th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. ASME, 2017. Vol. 3A : Structures, Safety and Reliability. V03AT02A010. https://doi.org/10.1115/OMAE2017-61692
  41. Waves and swells in high wind and extreme fetches, measurements in the Southern Ocean / A. V. Babanin [et al.] // Frontiers in Marine Science. 2019. Vol. 6. 361. https://doi.org/10.3389/fmars.2019.00361
  42. Semiempirical dissipation source functions for ocean waves. Part I: Definition, calibration, and validation / F. Ardhuin [et al.] // Journal of Physical Oceanography. 2010. Vol. 40, iss. 9. P. 1917–1941. https://doi.org/10.1175/2010JPO4324.1
  43. Badulin S. I., Zakharov V. E. Ocean swell within the kinetic equation for water waves // Nonlinear Processes in Geophysics. 2017. Vol. 24, iss. 2. P. 237–253. https://doi.org/10.5194/npg-24-237-2017
  44. Kudryavtsev V., Yurovskaya M., Chapron B. 2D parametric model for surface wave development under varying wind field in space and time // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2021. Vol. 126, iss. 4. e2020JC016915. https://doi.org/10.1029/2020JC016915
  45. Yurovskaya M., Kudryavtsev V., Chapron B. A self-similar description of the wave fields generated by tropical cyclones // Ocean Modelling. 2023. Vol. 183. 102184. https://doi.org/10.1016/j.ocemod.2023.102184
  46. In situ validation of altimetry and CFOSAT SWIM measurements in a high wave environment / A. Hay [et al.] // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2023. Vol. 40, iss. 10. P. 1137–1152. https://doi.org/10.1175/JTECH-D-23-0031.1
  47. Woo H.-J., Park K.-A. Validation of significant wave height from Jason-3 and Sentinel-3A/B and relation to tidal currents in coastal regions of the Korean Peninsula // International Journal of Remote Sensing. 2022. Vol. 43, iss. 3. P. 961–996. https://doi.org/10.1080/01431161.2022.2026520
  48. The WAM model – A third generation ocean wave prediction model / WAMDI Group // Journal of Physical Oceanography. 1988. Vol. 18, iss. 12. P. 1775–1810. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1988)018%3C1775:TWMTGO%3D2.0.CO;2
  49. Infragravity waves: From driving mechanisms to impacts / X. Bertin [et al.] // Earth-Science Reviews. 2018. Vol. 177. P. 774–799. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.01.002
  50. Долгих Г. И., Плотников А. А. Особенности возникновения морских инфрагравитационных волн // Метеорология и гидрология. 2018. № 8. С. 33–38. EDN XZITPV.
  51. Nose T., Babanin A., Ewans K. Directional characteristics of infragravity waves during storms in the nearshore coastal region // Journal of Coastal Research. 2024. Vol. 40, iss. 2. P. 353–363. https://doi.org/10.2112/JCOASTRES-D-23-00015.1

Скачать статью в PDF-формате