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 (с 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.
Purpose. The purpose of the study is to analyze the spectral structure of fluctuations in current velocities and sea level elevations in the Sea of Azov over a climatic period, to reveal the spatial and seasonal features of these fluctuations in the mesoscale and synoptic ranges (from hours to dozens of days), as well as to assess the intra-annual variability of current velocities in the central part of the sea.
Methods and Results. The primary research method consisted in numerical modeling which involved a unified hydrodynamic model taking into account the interrelationships between wind waves, currents, and sea level in shallow water conditions. The model was previously verified using the experimentally obtained sea state parameters. The required hydrodynamic parameters were calculated for a 46-year climatic period (1979–2024). The output data consisted of the three-dimensional spatial fields of sea current velocity components and the sea level in the Azov Sea with the 1-h resolution. The main periods of hydrodynamic parameter oscillations – 0.5; 1; 3.6–4.2; 5.6–7.1 and 13.6–14.8 days – were identified based on spectral analysis. The energy of fluctuations increased with the period; two-week fluctuations were the most intense. The power of current velocity fluctuations in the surface layer is 2–3 times higher than that in the bottom one. On the periods exceeding one day, the velocity fluctuations of surface and bottom currents slightly dominated in spring. Whereas the sea level fluctuations on the periods of 5.6–7.1 and 13.6–14.8 days were maximum in fall and on the periods of 3.6–4.2 days – in spring. For all the parameters, diurnal fluctuations were maximal in summer, and semidiurnal ones – in fall. Spatial distribution of sea level fluctuations was of a clear zonality: the highest amplitudes on the periods exceeding 3 days were observed on the northeast and southwest of the sea, on the diurnal periods – on the east and west, and on the semidiurnal ones – on the southeast and northwest. As for the central sea, two peaks were well pronounced in the spectrum of velocity meridional component: the annual (dominant) and semi-annual ones; in the zonal component, the 0.7-year period (~ 260 days) was added to them. In the frequency spectra, the low-frequency fluctuations (~ 2 and 4 years) were weakly pronounced.
Conclusions. The obtained spectral characteristics demonstrate the response of the shallow Sea of Azov to atmospheric forcing. The spatial and seasonal variability of fluctuations can be used both for verifying the hydrodynamic models and assessing the climatic variability of currents in the region.