Исследование формы обрушений ветровых волн по видеозаписям морской поверхности

В. В. Малиновский✉, А. Е. Кориненко

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: vladimir.malinovsky@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Цель работы – исследовать статистику отношения ширины обрушивающегося гребня к его длине для активной фазы обрушений ветровых волн и оценить возможности аппроксимации геометрической формы обрушения эллипсом.

Методы и результаты. Экспериментальные данные, включающие видеосъемку морской поверхности и измерения скорости ветра, были получены со стационарной океанографической платформы Черноморского гидрофизического подспутникового полигона Морского гидрофизического института (район пгт Кацивели, Южный берег Крыма) в период 2015–2019 гг. В результате обработки натурных данных сформированы массивы длин и площадей обрушивающихся гребней и синхронных измерений скорости ветра.

Выводы. Получены распределения случайных величин, пропорциональных отношениям малых осей к большим осям обрушений, и показано, что эти распределения совпадают для различных масштабов барашков, что указывает на подобие геометрической формы обрушений. Среднее значение отношения осей обрушений составило 0,41. Сделан вывод, что средняя геометрическая форма границ обрушений удовлетворительно описывается эллипсом с эксцентриситетом 0,91. Отношение скорости центроида обрушения к скорости его переднего фронта составило 0,9.

Ключевые слова

обрушения ветровых волн, натурные исследования, распределение длин обрушений, автомодельность геометрической формы обрушений

Благодарности

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-27-20105, https://rscf.ru/project/24-27-20105, и Соглашения с Департаментом образования и науки г. Севастополя № 85 от 19.06.2024 г.

Для цитирования

Малиновский В. В., Кориненко А. Е. Исследование формы обрушений ветровых волн по видеозаписям морской поверхности // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 4. С. 576–587. EDN VPDVBZ.

Malinovsky, V.V. and Korinenko, A.E., 2024. Investigation of the Wind Wave Breaking Shapes Using the Sea Surface Video Records. Physical Oceanography, 31(4), pp. 527-538.

Список литературы

  1. Бондур В. Г., Шарков Е. А. Статистические характеристики элементов линейной геометрии пенных структур на поверхности моря по данным оптического зондирования // Исследование Земли из космоса. 1986. № 4. С. 21–31. EDN TOYRTB.
  2. Gemmrich J. R., Banner M. L., Garrett C. Spectrally Resolved Energy Dissipation Rate and Momentum Flux of Breaking Waves // Journal of Physical Oceanography. 2008. Vol. 38, iss. 6. P. 1296–1312. https://doi.org/10.1175/2007JPO3762.1
  3. Кориненко А. Е., Малиновскй В. В., Кудрявцев В. Н. Экспериментальные исследования статистических характеристик обрушений ветровых волн // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 6. C. 534–547. EDN YPUYXR. https://doi org/10.22449/0233-7584-2018-6-534-547
  4. Кориненко А. Е., Малиновский В. В. Натурные исследования геометрических размеров обрушений гравитационных волн // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 6. С. 814–830. EDN WBNQUS.
  5. Статистические характеристики обрушений и их связь с диссипацией энергии ветровых волн по данным натурных измерений / А. Е. Кориненко [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 5. С. 514–531. EDN RNDETW. https://doi org/10.22449/0233-7584-2020-5-514-531
  6. Шарков Е. А. Обрушающиеся морские волны: структура, геометрия, электродинамика. Москва : Научный мир, 2009. 304 c. EDN QKILDL.
  7. Schwendeman M. S., Thomson J. Sharp-Crested Breaking Surface Waves Observed from a Ship-Based Stereo Video System // Journal of Physical Oceanography. 2017. Vol. 47, iss 4. P. 775–792. https://doi.org/10.1175/JPO-D-16-0187.1
  8. Kleiss J. M., Melville W. K. The Analysis of Sea Surface Imagery for Whitecap Kinematics // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2011. Vol. 28, iss. 2. P. 219–243. https://doi.org/10.1175/2010JTECHO744.1
  9. Малиновский В. В., Кориненко А. Е., Кудрявцев В. Н. Эмпирическая модель радиолокационного рассеяния в диапазоне длин волн 3 см на морской поверхности при больших углах падения // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2018. Т. 61, № 2. С. 110–121. EDN XSAOHB.
  10. Bulk Parameterization of Air-Sea Fluxes: Updates And Verification for the COARE Algorithm / C. W. Fairall [et al.] // Journal of Climate. 2003. Vol. 16, iss. 4. P. 571–591. https://doi.org/10.1175/1520-0442(2003)0160571:BPOASF2.0.CO;2
  11. Mironov A. S., Dulov V. A. Detection of wave breaking using sea surface video records // Measurement Science and Technology. 2008. Vol. 19, iss. 1. 015405. https://doi org/10.1088/0957-0233/19/1/015405
  12. Modulation of Wind-Wave Breaking by Long Surface Waves / V. A. Dulov [et al.] // Remote Sensing. 2021. Vol. 13, iss. 14. 2825. https://doi.org/10.3390/rs13142825
  13. Field Observations of Breaking of Dominant Surface Waves / P. D. Pivaev [et al.] // Remote Sensing. 2021. Vol. 13, iss. 16. 3321. https://doi.org/10.3390/rs13163321
  14. Миронов А. С., Дулов В. А. Статистические характеристики событий и диссипация энергии при обрушении ветровых волн // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2008. № 16. С. 97–115. EDN WIBTXJ.
  15. A semiempirical model of the normalized radar cross-section of the sea surface 1. Background model / V. N. Kudryavtsev [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2003. Vol. 108, iss. C3. 8054. https://doi.org/10.1029/2001JC001003
  16. Banner M. L., Peirson W. L. Wave breaking onset and strength for two-dimensional deep-water wave groups // Journal of Fluid Mechanics. 2007. Vol. 585. P. 93–115. https://doi.org/10.1017/S0022112007006568
  17. Phillips O. M. Spectral and statistical properties of the equilibrium range in wind-generated gravity waves // Journal of Fluid Mechanics. 1985. Vol. 156. P. 505–531. https://doi.org/10.1017/S0022112085002221

Скачать статью в PDF-формате