Оценка промежутка стационарности поля ветрового волнения

Я. В. Сапрыкина✉, Б. В. Дивинский, М. Н. Штремель, О. А. Ликутова

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

✉ e-mail: saprykina@ocean.ru

Аннотация

Цель.Поле ветровых волн нестационарно из-за изменчивости факторов волнообразования, таких как ветровое воздействие и непрерывно протекающие процессы нелинейных взаимодействий волн. Однако во многих практических задачах предполагается, что процесс волнения, описываемый некоторой временно́й записью волнения, является квазистационарным. В мировой практике нет общепринятой длины волновой записи, для которой бы выполнялись условия однородности и стационарности поля волн. Поэтому основной целью работы является оценка промежутка стационарности поля волн на основе данных натурных прямых контактных измерений, проведенных на Черном море в различные годы и сезоны на глубокой воде и в прибрежной зоне.

Методы и результаты. Для анализа использовались данные двух натурных долговременных экспериментов, проведенных в Черном море. Волнение в открытом море измерялось с помощью Directional waverider buoy, в прибрежной зоне буем Spoondrifter spotter и контактным струнным волнографом резистентного типа, установленным на специализированной морской эстакаде у берега. Применялись методы спектрального анализа. В качестве характеристики однородности ветрового волнения рассматривалась ширина спектрального пика, определенная как параметр пиковатости. Волновые записи с повышенными значениями параметра пиковатости, характеризующиеся узкополосным спектральным распределением, были отнесены к случаям квазистационарного волнения с однородным спектральным составом, приближающимся к регулярному волновому процессу. В результате были получены характерные временны́е интервалы, для которых возможно принять поле волн однородным и близким к стационарному.

Выводы. Вне зависимости от условий волнообразования промежуток стационарности волнения в Черном море может быть принят равным 8–12 мин. Эти оценки совпадают для глубоководной и прибрежной частей моря и качественно соответствуют теоретическим.

Ключевые слова

ветровые волны, параметры волн, длина записи волнения, однородность поля волн, спектр волн, промежуток стационарности

Благодарности

Работа выполнена при поддержке РНФ грант № 24-27-00082.

Для цитирования

Оценка промежутка стационарности поля ветрового волнения / Я. В. Сапрыкина [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 3. С. 279–294. EDN AMVTQB.

Saprykina, Ya.V., Divinsky, B.V., Shtremel, M.N. and Likutova, O.A., 2025. Estimation of the Stationarity Interval of Wind Wave Field. Physical Oceanography, 32(3), pp. 297-311.

Список литературы

  1. Longuet-Higgins M. S., Cartwright D. E., Smith N. D. Observation of the directional spectrum of sea waves using the motions of a floating buoy // Ocean Wave Spectra : proceedings of a conference. Easton, Maryland, 1961. P. 111–132.
  2. Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP)' / K. Hasselmann [et al.] // Erganzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Reihe A. 1973. A(80), nr. 12. Hamburg : DHI, 95 p.
  3. Дивинский Б. В. Результаты измерений параметров поверхностных волн с помощью буя в районе г. Геленджик // Динамические процессы береговой зоны моря. Москва : Научный мир, 2003. Раздел 3.1. C. 70–91.
  4. Tayfun M. A. Effects of spectrum band width on the distribution of wave heights and periods // Ocean Engineering. 1983. Vol. 10, iss. 2. P. 107–118. https://doi.org/10.1016/0029-8018(83)90017-3
  5. Ефимов В. В., Полников В. Г. Численное моделирование ветрового волнения. Киев : Наукова думка, 1991. 238 c.
  6. Трубкин И. П. Методика расчета и некоторые результаты определения двумерного энергетического спектра случайного поля поверхностных волн в прибрежной зоне моря // Экологические системы и приборы. 2003. № 9. C. 47–53.
  7. Вапняр М. У., Татлыева 3. И. О характере многолетнего распределения высот волн на Каспийском море // Труды ГОИН. 1989. Вып. 188. С. 132–137.
  8. Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения. Вып. 1. Москва : Мир, 1971. 316 с.
  9. Экстремальное волнение в северо-восточной части Черного моря в феврале 2003 г. / Б. В. Дивинский [и др.] // Океанология. 2003. Т. 43, № 6. C. 948–950. EDN OOGQSB.
  10. Goda Y. Numerical Experiments on Wave Statistics with Spectral Simulation // Report of the Port and Harbour Research Institute. 1970. Vol. 9, no. 3. P. 3–57.
  11. Marple Jr. S. L. Digital spectral analysis with applications. Englewood Cliffs, N. J. : P T R Prentice-Hall, 1987. 492 p.
  12. Сценарии нелинейной трансформации волн в береговой зоне моря / Я. В. Сапрыкина [и др.] // Океанология. 2013. Т. 53, № 4. С. 476–485. EDN QMFYYD. https://doi.org/10.7868/S0030157413040126
  13. Bailard J. A. An energetics total load sediment transport model for a plane sloping beach // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1981. Vol. 86, iss. C11. P. 10938–10954. https://doi.org/10.1029/JC086iC11p10938
  14. Ruessink B. G., van den Berg T. J. J., van Rijn L. C. Modeling sediment transport beneath skewed asymmetric waves above a plane bed // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2009. Vol. 114, iss. C11. C11021. https://doi.org/10.1029/2009JC005416
  15. Saprykina Y. The influence of wave nonlinearity on cross-shore sediment transport in coastal zone: experimental investigations // Applied Sciences. 2020. Vol. 10, iss. 12. 4087. https://doi.org/10.3390/app10124087
  16. Relation between occurrence probability of freak waves and kurtosis/skewness in unidirectional wave trains under single-peak spectra / Lei Wang [et al.] // Ocean Engineering. 2022. Vol. 248. 110813. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.110813
  17. Elgar S. Relationships involving third moments and bispectra of a harmonic process // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. 1987. Vol. 35, no. 12. P. 1725–1726. https://doi.org/10.1109/TASSP.1987.1165090

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.