Диссертация

Объект исследования — нагоны высотой более 0,3 м в Белом и Баренцевом морях. Предмет исследования — условия формирования и количественные характеристики нагонов. Цель данной работы — исследование закономерностей формирования нагонов в Белом и Баренцевом морях на основе результатов математического моделирования. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи: 1. Разработка методики выделения сгонно-нагонных колебаний по данным математического моделирования. 2. Выявление основных периодов колебаний уровня моря с помощью спектрального анализа натурных данных наблюдений за уровнем моря. 3. Построение расчётной нерегулярной сетки для моделирования нагонов в Белом и Баренцевом морях и адаптация гидродинамической модели ADCIRC и спектральной волновой модели SWAN для района исследования. 4. Верификация модели ADCIRC с помощью натурных данных измерений уровня моря. 5. Выполнение численных экспериментов расчёта нагонов за период 1979 — 2015 гг. с использованием различных факторов (с / без учёта влияния воз-действия ветра, атмосферного давления, ветрового волнения, концентрации льда). 6. Выделение синоптических ситуаций, приводящих к возникновению наибольших нагонов. 7. Оценка вклада воздействия ветра, атмосферного давления, ветрового волнения, концентрации льда в формирование нагонов. 8. Оценка сезонной и межгодовой изменчивости возникновения нагонов. Впервые выполнен расчёт высоты нагонов за продолжительный период времени с 1979 по 2015 гг. (37 лет) на основе результатов математического моделирования с использованием нерегулярной сетки, охватывающей Белое и Баренцево моря, с учётом влияния ветрового воздействия, атмосферного давления, прилива, концентрации льда и ветрового волнения. Усовершенствована методика исследования нагонов при помощи исключения приливных и низкочастотных составляющих (с периодом более 35 — 40 сут) из суммарного уровня моря. Выявлены синоптические ситуации, приводящие к формированию наибольших нагонов. Дана оценка воздействия ветра, атмосферного давления, ветрового волнения и концентрации льда в формирование нагона. Выявлена межгодовая и сезонная изменчивость возникновения нагонов в Белом и Баренцевом морях, а также рассчитаны экстремальные значения высоты нагонов, возможные раз в 100 лет. В заключении сформулированы следующие основные выводы. 1. Верификация модели ADCIRC и совместной модели ADCIRC+SWAN, реализованная на оригинальной нерегулярной (unstructured) расчётной сетке, охватывающей Белое и Баренцево моря, с минимальным шагом 50 м в прибрежной зоне, показала, что колебания уровня в изучаемых бассейнах, рассчитанные с помощью модели ADCIRC, достоверно описывают наблюденные изменения уровня в пространстве и во времени. 2. Разработанная методика выделения нагонов при помощи исключения приливных и длиннопериодных колебаний (период более 35 — 40 сут) из общего уровня моря позволила рассчитать статистические характеристики нагонов за продолжительный период с 1979 по 2015 гг. в исследуемой акватории. 3. Большинство нагонов образуется под действием ветрового напряжения после прохождения «ныряющих» циклонов: 1) в Баренцевом море с преобладающим западным направлением; 2) в Белом море нужно учитывать взаимодействие нагонной баренцевоморской волны с направлением местного ветра в Бассейне, а также здесь в 1 % случаев наибольшая средняя высота нагона (до 0,8 м) формируется исключительно под воздействием атмосферного давления. В отдельных случаях: 1) в Баренцевом море вклад ветрового волнения составляет до 5 % (до 10 см), а отсутствие ледового покрова повышает уровень до 2 — 5 % (до 8 см); 2) в Белом море вклад ветрового волнения и ледового покрова незначителен в виду особенностей ветрового климата и подвижного припая на побережье. 4. В Белом и Баренцевом морях сезонная изменчивость количества нагонов определяется характером циклонической деятельности на арктическом фронте с наибольшим и наименьшим количеством нагонов в октябре и июле соответственно, за исключением Чёшской губы, являющейся переходной зоной между Белым и Баренцевым морями, ввиду отсутствия второго явного пика с наибольшим количеством нагонов. В период с 1979 по 2015 гг. межгодовая изменчивость формирования нагонов не имеет значимых линейных трендов, а её связь с индексом североатлантической осцилляции не обнаружена. 5. За 37 лет в Белом море на нагоны высотой 0,90 — 1,20 м приходится 1 % от их общего количества; в Баренцевом море — 6 %, а на нагоны высотой более 1,20 м — 3 %. Наибольшее количество нагонов образуется в Хайпудырской губе (Баренцево море) и Онежской губе (Белое море), причём наибольшая рассчитанная высота нагона здесь составила 2,39 и 1,19 м соответственно. 6. В Баренцевом море нагоны продолжительнее, чем в Белом море. Наибольшая суммарная продолжительность нагона без учёта прилива и вы-сокочастотных колебаний составляет 55 сут в Хайпудырской губе за 1992 год и 22,2 сут в Онежской губе за 2015 год. Наибольшая рассчитанная про-должительность нагона без учёта приливных и высокочастотных колебаний зафиксирована 15 — 20 декабря 2001 года в Варандее и составляет 6 сут и 12 — 15 мая 2000 года в Онежской губе — 4,6 дня. 7. Вклад высоты нагона в общий уровень моря составляет более 55 %. После анализа количества нагонов и их высоты, предлагаются следующие критические отметки высоты для выделения нагона как океанологического события: для станции Соловки более 0,30 м, для Онежской губы и Северодвинска более 0,50 м, для Печорской губы более 0,70 м, для Чёшской губы более 0,80 м, для Варандея и Хайпудырской губы более 1,0 м.