Климатические спектры колебаний скоростей течений и уровня Азовского моря по данным численного моделирования

Б. В. Дивинский, С. Б. Куклев

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

✉ e-mail: divin@ocean.ru

Аннотация

Цель. Цель работы – анализ спектральной структуры колебаний скорости течений и возвышений уровня на акватории Азовского моря за климатический период, выявление пространственных и сезонных особенностей этих колебаний в мезомасштабном и синоптическом диапазоне (от часов до десятков суток), а также оценка внутригодовой изменчивости скоростей течений в центральной части моря.

Методы и результаты. Основным методом исследований являлось численное моделирование с применением объединенной гидродинамической модели, учитывающей взаимосвязь ветрового волнения, течений и уровня в условиях мелкого моря. Модель верифицирована по натурным данным. Расчеты гидродинамических параметров выполнены за 46-летний климатический период (c 1979 по 2024 г.) Выходные данные – трехмерные пространственные поля компонент скоростей морских течений и уровня Азовского моря дискретностью в 1 ч. На основе спектрального анализа выявлены основные периоды колебаний гидродинамических параметров: 0,5; 1; 3,6–4,2; 5,6–7,1 и 13,6–14,8 сут. Энергия колебаний возрастает с периодом, двухнедельные флуктуации наиболее интенсивны. Мощность флуктуаций скоростей течений в поверхностном слое в 2–3 раза выше, чем в придонном. На периодах, превышающих 1 сут, колебания скоростей поверхностных и придонных течений незначительно преобладают весной, колебания уровня максимальны осенью на периодах в 5,6–7,1 и 13,6–14,8 сут, а на периоде 3.6-4.2 сут – весной. Для всех параметров суточные колебания максимальны летом, полусуточные – осенью. Пространственное распределение колебаний уровня имеет четкую зональность: наибольшие амплитуды на периодах больше 3 сут наблюдаются на северо-востоке и юго-западе моря, на суточных – на востоке и западе, на полусуточных – на юго-востоке и северо-западе. В центральной части моря в спектре меридиональной компоненты скорости выделяются два пика: годовой (доминирующий) и полугодовой, в зональной компоненте к ним добавляется период в 0,7 лет (~ 260 сут). Низкочастотные колебания (~ 2 и 4 года) на частотных спектрах выражены слабо.

Выводы. Полученные спектральные характеристики отражают реакцию мелководного Азовского моря на атмосферное воздействие. Пространственно-сезонная изменчивость колебаний может быть использована для верификации гидродинамических моделей и оценки климатической изменчивости течений в регионе.

Ключевые слова

Азовское море, численное моделирование, течения, колебания уровня, климат, спектры

Благодарности

Численное моделирование и формирование базы данных гидродинамических параметров выполнена в рамках госзадания ИО РАН № FMWE-2024-0027. Настоящее исследование, включающее постановку задачи, предварительную обработку, анализ массива данных и полученных результатов выполнены за счет гранта Российского научного фонда № 25-17-00104, https://rscf.ru/project/25-17-00104.

Информация об авторах

Дивинский Борис Васильевич, ведущий научный сотрудник, лаборатория геологии и литодинамики, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН (117997, Россия, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36), кандидат географических наук, ORCID ID: 0000-0002-2452-1922, ResearcherID: C-7262-2014, SPIN-код: 2027-8359, divin@ocean.ru

Куклев Сергей Борисович, заведующий лабораторией гидрофизики и моделирования, Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН (117997, Россия, г. Москва, Нахимовский проспект, д. 36), кандидат географических наук, ORCID ID: 0000-0003-4494-9878, ResearcherID: G-5656-2017, SPIN-код: 7717-9703, kuklev@ocean.ru

Для цитирования

Дивинский Б. В., Куклев С. Б. Климатические спектры колебаний скоростей течений и уровня Азовского моря по данным численного моделирования // Морской гидрофизический журнал. 2026. Т. 42, № 4. С. 611–627. EDN RSBWFT.

Divinsky, B.V. and Kuklev, S.B., 2026. Climatic Spectra of the Fluctuations of Current Velocities and Surface Elevation in the Sea of Azov Based on Numerical Modeling Data. Physical Oceanography, 33(4), pp. 634-649.

Список литературы

  1. Моделирование длинных волн в Азовском море, вызываемых прохождением циклонов / В. Н. Еремеев [и др.] // Океанология. 2000. Т. 40, № 5. С. 658–665.
  2. Филиппов Ю. Г. Свободные колебания уровня Азовского моря // Метеорология и гидрология. 2012. № 2. С. 78–82. EDN OPLEGT.
  3. Фомин В. В., Полозок А. А. Технология моделирования штормовых нагонов и ветрового волнения в Азовском море на неструктурированных сетках // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2013. Вып. 27. С. 139–145. EDN VBFRPZ.
  4. Иванов В. А., Черкесов Л. В., Шульга Т. Я. Исследование свободных колебаний уровня Азовского моря, возникающих после прекращения длительного действия ветра // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 2. С. 15–25. EDN VDVDCJ. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2015-2-15-25
  5. Матишов Г. Г., Бердников С. В. Экстремальное затопление дельты Дона весной 2013 г. // Известия РАН. Серия географическая. 2015. № 1. С. 111–118. EDN TNXQHV.
  6. Черкесов Л. В., Шульга Т. Я. Исследование влияния параметров барических образований на свободные и вынужденные колебания уровня и течения в Азовском море // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 4. с. 13–26. EDN WINRBD. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2016-4-13-26
  7. Черкесов Л. В., Шульга Т. Я. Волны, течения, сгонно-нагонные процессы и трансформация загрязнений в Азовском море. Севастополь, 2017. 228 с. EDN XTAATR.
  8. Лемешко Е. Е., Полозок А. А. Экстремальные значения уровня Азовского моря по данным береговых измерений // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. № 3. С. 13–21. EDN YLLQGD. https://doi.org/10.22449/2413-5577-2018-3-13-21
  9. Попов С. К., Лобов А. Л. Краткосрочные прогнозы колебаний уровня Азовского моря в безледный период 2017 года // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2018. № 3 (369). С. 104–118. EDN VMYBYW.
  10. Иванов В. А., Шульга Т. Я. Влияние атмосферных фронтов на свободные и вынужденные колебания уровня Азовского моря // Доклады Академии наук. 2019. Т. 486, № 6. С. 737–741. EDN DQEWMM. https://doi.org/10.31857/S0869-56524866737-741
  11. Опасные штормовые нагоны и разрушение берегов Азовского моря / Л. А. Беспалова [и др.] // Наука Юга России. 2019. Т. 15, № 2. С. 29–38. EDN JRLJAH. https://doi.org/10.7868/S25000640190204
  12. Корженовская А. И., Медведев И. П., Архипкин В. С. Приливные колебания уровня Азовского моря // Океанология. 2022. Т. 62, № 5. С. 677–689. EDN AOZVNN. https://doi.org/10.31857/S0030157422050094
  13. Фомин В. В. Численная модель циркуляции вод Азовского моря // Научные труды УкрНИГМИ. 2002. Вып. 249. С. 246−255.
  14. Ветро-волновой режим Азовского моря / Н. Н. Дьяков [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2010. № 22. С. 228–239. EDN ULYPBJ.
  15. Экологический атлас Азовского моря / гл. ред. Г. Г. Матишов ; отв. ред. Н. И. Голубева, В. В. Сорокина. Ростов-на-Дону : Изд-во ЮНЦ РАН, 2011. 325 с.
  16. Атлас волнения, течений и уровня Азовского моря / под редакцией В. В. Фомина. Киев, 2012. 238 с.
  17. Ветро-волновые условия прибрежной зоны Азово-Черноморского региона / В. П. Евстигнеев [и др.]. Севастополь : ИПТС, 2017. 320 с.
  18. Яицкая Н. А. Математическое моделирование ветрового волнения Азовского моря // Труды Южного научного центра Российской академии наук. 2020. Т. 8. С. 86–96. EDN EHMFWL. https://doi.org/10.23885/1993-6621-2020-8-86-96
  19. Фомин В. В., Полозок А. А., Фомина И. Н. Моделирование циркуляции вод Азовского моря с учетом речного стока // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 1. С. 16–28. EDN VBUSOP. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2015-1-16-28
  20. Численное исследование сгонно-нагонных процессов и течений Азовского моря в период экстремальных ветров / Л. В. Черкесов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 5. С. 3–20. EDN ZQKYXV. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2017-5-3-20
  21. Матишов Г. Г., Григоренко К. С. Течения Азовского моря в период маловодья Дона // Океанология. 2021. Т. 61, № 2. С. 198–208. EDN XXAIHM. https://doi.org/10.31857/S0030157421020131
  22. Матишов Г. Г., Григоренко К. С. Динамика и термохалинная структура вод контактных зон Азовского моря // Доклады Российской Академии наук. Науки о Земле. 2022. Т. 502, № 2. С. 107–114. EDN PTQMST. https://doi.org/10.31857/S2686739722020116
  23. Матишов Г. Г., Григоренко К. С. Сейшевые течения Азовского моря по данным натурных наблюдений // Океанология. 2023. Т. 63, № 1. С. 32–40. EDN AGOHMU. https://doi.org/10.31857/S0030157423010094
  24. Григоренко К. С. Течения Азовского моря по данным измерений и спектрального анализа // Доклады Российской Академии наук. Науки о Земле. 2025. Т. 523, № 1. С. 169–177. EDN XNKJKR. https://doi.org/10.31857/S2686739725070197
  25. Дивинский Б. В. Пространственная структура течений Азовского моря по данным численного моделирования // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 6. С. 843–854. EDN QIUMIK.
  26. Дивинский Б. В., Косьян Р. Д., Фомин В. В. Климатические поля морских течений и ветрового волнения Азовского моря // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2021. Т. 501, № 1. С. 94–107. EDN ANVNAF. https://doi.org/10.31857/S2686739721090085
  27. Атлас климатических изменений в больших морских экосистемах Северного полушария (1878–2013). Регион 1. Моря Восточной Арктики. Регион 2. Черное, Азовское и Каспийское моря / Г. Г. Матишов [и др.]. Ростов на Дону : Издательство ЮНЦ РАН, 2014. 256 с.
  28. Атлас льдов Черного и Азовского морей / Н. Н. Дьяков [и др.]. Севастополь, 2015. 219 с. EDN PPFNUU.
  29. Яицкая Н. А., Магаева А. А. Динамика ледового режима Азовского моря в XX–XXI вв. // Лед и снег. 2018. Т. 58, № 3. С. 373–386. EDN VPYVNM. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2018-3-373-386
  30. Пузина О. С., Мизюк А. И. Исследование ледовых условий Азовского моря по спутниковым данным и по результатам численного моделирования // CITES '2019: Международная молодежная школа и конференция по вычислительно-информационным технологиям для наук об окружающей среде. Томск : Издательство Томского ЦНТИ, 2019. С. 158–162. EDN INUZRS.
  31. Дашкевич Л. В., Немцева Л. Д., Бердников С. В. Моделирование многолетнего ледового режима Азовского моря // Труды Южного научного центра Российской Академии наук. 2020. Т. 8. С. 50–60. EDN WNDUQR. https://doi.org/10.23885/1993-6621-2020-8-50-60
  32. Медведев И. П. О формировании спектра колебаний уровня Балтийского моря // Доклады академии наук. 2015. Т. 463, № 3. С. 347–352. EDN TZMFEJ. https://doi.org/10.7868/S0869565215210185
  33. Медведев И. П. Дисперсия короткопериодных колебаний уровня Черного моря: сезонные и межгодовые изменения // Морской гидрофизический журнал. 2024. Т. 40, № 1. С. 65–77. EDN HQFDGA.
  34. Parameters of sea currents on the Northeastern Black Sea shelf based on experimental data / B. V. Divinsky [et al.] // Oceanology. 2025. Vol. 65, iss. 6. P. 831–843. EDN GBUCJG. https://doi.org/10.1134/S000143702570050X
  35. Кузнецов А. С. Особенности межсезонной изменчивости вдольбереговой циркуляции ветра и прибрежного течения у Южного берега Крыма // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2024. № 1. С. 31–44. EDN EBWSKZ.
  36. Кузнецов А. С., Иващенко И. К. Среднемноголетние спектральные характеристики долгопериодных колебаний прибрежного течения у Южного берега Крыма // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 1. С. 36–49. EDN KKOLDF.
  37. Fine-scale hydrodynamic modeling of Lake Ontario: Has climate change affected circulation patterns? / B. Hlevca [et al.] // Environmental Modeling & Assessment. 2025. Vol. 30. P. 219–239. EDN DJFDMZ. https://doi.org/10.1007/s10666-024-10003-z
  38. Jamshidi S. Flow measurement in the southern coast of the Caspian Sea // Frontiers in Marine Science. 2024. Vol. 10. 1219658. EDN ZPKIIL. https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1219658
  39. Influence of wave climate on intra and inter-annual nearshore bar dynamics for a sandy beach / N. Andreeva [et al.] // Geosciences. 2021. Vol. 11, iss. 5. 206. EDN OJJJSB. https://doi.org/10.3390/geosciences11050206

Файлы

Полный текст

JATS XML

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.