Індекс рубрикатора НБУВ: Д221.35 + Д221.9(922.8)

Рубрики:

Рівень моря

Регіональна океанологія

Шифр НБУВ: Ж25662 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розроблено та викладено напівемпіричну методику розрахунку параметрів вітрових хвиль за змінними глибинами моря уздовж вітрового розгону. Ця методика надає змогу визначити середні значення висот вітрових хвиль. Їх довжину і період залежно від швидкості вітру з урахуванням і без урахування вітрового нагону. В межах викладеної методики проведено розрахунки параметрів вітрових хвиль, що підходять до ізобат d = 20 м, для конкретної досліджуваної ділянки рукава Бистре (Новостамбульське) гирла Дунаю, для північно-східного і східного напрямів вітру. Числове моделювання проводилося для акваторії Чорного моря в місці розташування захисної огороджувальної дамби морського каналу глибоководного судового ходу Дунай - Чорне море. Проведено числові розрахунки трансформації вітрових хвиль в акваторії поблизу захисної огороджувальної дамби для найбільш небезпечних напрямків вітру в штормових умовах. Для математичного моделювання використовувались максимальні значення швидкості вітру та висоти хвилі, які спостерігались за весь період досліджень акваторії Чорного моря в районі огороджувальної дамби. В межах рефракційної теорії виконано розрахунки трансформації хвиль для найбільш хвиленебезпечних напрямків і розгону вітру, а саме, північно-східного та східного напрямків вітру. Показано, що врахування вітрового нагону призводить до збільшення параметрів гравітаційних хвиль. Результати числового моделювання показали, що зі збільшенням вітрового розгону, що перевищує граничні значення, параметри хвиль виходять на незмінні значення. Ці значення залежать від батиметрії дна моря, швидкості і напрямку вітру. Виявлено, що збільшення відхилення вільної поверхні моря від незбуреного рівня суттєво залежить від вітрового нагону. Встановлено, що відносне збільшення параметрів хвилювання спостерігається вище за східним напрямком вітру, ніж за північно-східним напрямком вітру у досліджуваному районі Чорного моря.

Розглянуто актуальні задачі, що виникають в океанографії і пов'язані зі стратифікованими течіями, такими як гравітаційні потоки на континентальному схилі біля Антарктичного півострова, де розташована українська антарктична станція "Академік Вернадський", генерацію та поширення внутрішніх хвиль у морях та океанах та їх вплив на перемішування в шельфових зонах.

Показано, що хвилі аномальної амплітуди є довгоживучими утвореннями. Вони дрейфують в напрямку хвильового руху з груповою швидкістю хвильового пакета, яка є вдвічі меншою фазової швидкості основної хвилі. Розмах хвилі (відстань від горба до западини) аномальної амплітуди більш ніж втричі перевершує середнє значення розмахів хвильового руху. В результаті модуляційної нестійкості цієї хвилі формується спектр збуджень, енергія якого вдвічі більше енергії основної хвилі в розвиненому режимі процесу. Просторовий розмір хвильового пакета практично не змінюється, амплітуда розмаху в максимумі спочатку наростає, потім поступово зменшується. Число таких хвиль у зонах сильного вітрового впливу є значно більшим, ніж це дозволяє статистика випадкових інтерференційних процесів. Це обумовлено впливом основної хвилі (її амплітуда залишається помітно більше амплітуд кожної з мод хвильового пакета) на поведінку кожної пари мод із хвильового пакета обурення. У лабораторній системі тривалість виникнення аномальної хвилі якісно збігається з часом існування автохвилі Перегрина. Хоча слід зазначити, що автохвиля Перегрина відповідає іншій фізичній реальності, де дисперсія хвилі є слабкою. Гравітаційні поверхневі хвилі мають сильну дисперсією і рівняння НУШ в цьому випадку помітно модифікується. Однак в системі спокою хвильового пакету, (яка рухається відносно лабораторної системи) час життя хвилі аномальної амплітуди є істотно більшим. Відстань, яку проходить хвильовий пакет з аномальним розмахом, відповідає кільком сотням довжин хвиль і може досягати сотень кілометрів. Простий підрахунок таких хвиль засобами космічного моніторингу через невелику зону (кадр) перегляду може виявитися неточним. Одного разу з'явившись, такі хвилі здатні дрейфувати на значні відстані. У цьому випадку вони цілком можуть потрапити в наступний кадр перегляду. Тобто оцінки числа таких мод можуть бути завищені.

Мета дослідження - аналіз сезонних і багаторічних змін рівня моря на західному узбережжі Антарктичного півострова. Об'єкт дослідження: сезонна і міжрічна мінливість рівня моря, температури повітря, тиску на рівні моря, опадів на станції Фарадей/антарктична станція "Академік Вернадський" в період 1960 - 2018, яка розглядалась репрезентативною для Антарктичного півострова. Використовувалися статистичні методи дослідження, що включають оцінки лінійних трендів часових рядів за допомогою непараметричного методу Сена. Тест Манна - Кендала застосовувався для оцінки рівня значущості нахилу тренду. Аналіз часової мінливості проводився за допомогою вейвлет-аналізу. З використанням пакету програм Mатлаб (Matrix Laboratory, MATLAB) розраховувались квадрати коефіцієнтів вейвлетів залежно від масштабу та зсуву або скалограми, які характеризують локальний спектр енергії, та скейлограми, розраховані осередненням скалограм по часовим зсувам. Для вейвлет-перетворень використовувались функції Морле. Результати розрахунків показали, що тренд рівня моря на станції Фарадей/антарктична станція "Академік Вернадський" в період 1960 - 2018 рр. згідно зі спостереженнями та корекцією за рахунок ізостатичної швидкості підйому або опускання земної кори знаходиться в діапазоні від 3,05 до 3,45 мм/рік, що значно вище ніж глобальний тренд рівня 2,1 мм/рік. Скейлограми рівня моря надають змогу оцінити осереднені по зсувам періоди і амплітуди коефіцієнтів вейвлетів для кожного сезону. Найбільші амплітуди скейлограм рівня моря спостерігались австральною весною з максимумом на періоді 8 років, але в середньому за рік максимум амплітуди спостерігається на періоді 10 років. Для всіх сезонів характерна наявність слабо вираженого періоду близько 4 років. Наявність максимумів у скейлограмах рівня моря, температури повітря та тиску на рівні моря на періодах 3 - 4 роки і 6 - 8 років підтверджує зв'язок процесів в атмосфері і океані в західній Антарктиці з природними коливаннями системи океану - атмосфери, таких як Південна Кільцева Мода та Ель-Ніньйо - Південне Коливання, які мають характерні періоди 3 - 4 та 6 - 8 років. Зроблено висновок, що, на відміну від температури повітря, тренд рівня відносно слабко залежить від сезону, за винятком осені, коли він менше утричі в порівнянні із середньорічним, тоді як тренд температури найбільший австральною зимою і найменший влітку.

Показано, що хвилі аномальної амплітуди є довгоживучими утвореннями. Вони дрейфують в напрямку хвильового руху з груповою швидкістю хвильового пакета, яка є вдвічі меншою фазової швидкості основної хвилі. Розмах хвилі (відстань від горба до западини) аномальної амплітуди більш ніж втричі перевершує середнє значення розмахів хвильового руху. В результаті модуляційної нестійкості цієї хвилі формується спектр збуджень, енергія якого вдвічі більше енергії основної хвилі в розвиненому режимі процесу. Просторовий розмір хвильового пакета практично не змінюється, амплітуда розмаху в максимумі спочатку наростає, потім поступово зменшується. Число таких хвиль у зонах сильного вітрового впливу є значно більшим, ніж це дозволяє статистика випадкових інтерференційних процесів. Це обумовлено впливом основної хвилі (її амплітуда залишається помітно більше амплітуд кожної з мод хвильового пакета) на поведінку кожної пари мод із хвильового пакета обурення. У лабораторній системі тривалість виникнення аномальної хвилі якісно збігається з часом існування автохвилі Перегрина. Хоча слід зазначити, що автохвиля Перегрина відповідає іншій фізичній реальності, де дисперсія хвилі є слабкою. Гравітаційні поверхневі хвилі мають сильну дисперсією і рівняння НУШ в цьому випадку помітно модифікується. Однак в системі спокою хвильового пакету, (яка рухається відносно лабораторної системи) час життя хвилі аномальної амплітуди є істотно більшим. Відстань, яку проходить хвильовий пакет з аномальним розмахом, відповідає кільком сотням довжин хвиль і може досягати сотень кілометрів. Простий підрахунок таких хвиль засобами космічного моніторингу через невелику зону (кадр) перегляду може виявитися неточним. Одного разу з'явившись, такі хвилі здатні дрейфувати на значні відстані. У цьому випадку вони цілком можуть потрапити в наступний кадр перегляду. Тобто оцінки числа таких мод можуть бути завищені.

Згінно-нагінні коливання рівня впливають на господарську діяльність у прибережній зоні моря. Такі коливання під час досягнення рівнем критичних позначок створюють загрозу затоплення прилеглих територій або посадки суден на мілину. Для ефективного обслуговування морських галузей господарства необхідно знати кількісні характеристики згінно-нагінних коливань рівня моря та вміти їх надійно прогнозувати. На основі даних спостережень за рівнем моря в портах Южний і Чорноморськ виконано статистичний аналіз згінно-нагінних коливань, в результаті якого одержано такі характеристики, як середня та максимальна кількість згінно-нагінних коливань в різні місяці року, середні і максимальні величини підйому і спаду рівня, а також тривалість цих явищ. Виявлено також ефективні напрями вітру, які зумовлюють згони і нагони в портах Южний і Чорноморськ. Встановлено статистичні зв'язки між згінно-нагінними коливаннями рівня моря та дією вітру і визначенні рівняння для розрахунків змін рівня під час спаду і підйому. Аргументами в розрахункових рівняннях є початкове значення рівня моря і сума проекцій вітру на ефективні напрями за попередні 30 год. Надано рекомендації щодо використання розрахункових рівнянь для прогнозування.

Виконані на прикладі бухти порту Сьюдадела розрахунки показали приріст ефективної довжини за рахунок зсуву вузлової лінії затухаючих сейшових хвиль. При цьому все, що потрапляє в сейшову течію, відносить від берега. На підставі одержаних даних висунуто гіпотезу щодо руху вузлової лінії затухаючих прибережних сейш в напрямі відкритого моря. Зсув вузлової лінії можуть зумовлювати щонайменше дві незалежні причини: приріст періоду хвилі та затухання швидкості реверсивних рухів супутньої течії. Одержані результати можуть бути використані для побудови карт сейшових течій. Це надасть змогу якщо не повністю запобігти їх негативній дії, то принаймні зменшити негативні наслідки. Робота знайде застосування під час проектування гідротехнічних споруд та оптимізації їх роботи; розробки рекомендацій для пловців і водного транспорту.

Рассмотрены закономерности формирования и динамики кислородного режима внутренних морей в пелагиали и абиссали, прежде всего для Черного моря и Каспия. Выделены три основных фактора формирования особенностей гидрологической структуры и процессов, ответственных за интенсивность газообмена в пелагической зоне. Активно развитые процессы конвекции охватывают всю толщу вод Каспия, где в отличие от Черного моря происходит интенсивный обмен между верхними и глубинными слоями.

Наведено геоцентричні зміни рівня моря на мареографічній станції у Владиславові (північний захід Польщі). Ці зміни розраховано на основі даних часових рядів GNSS і мареографічних спостережень. Для оцінки геоцентричного тренду зміни рівня моря використано різні пакети програмного забезпечення, такі як Hector, GITSA, GGMatlab та Statistica. Результати показують, що зазначені програмні пакети надають подібні значення абсолютних змін рівня моря у Владиславові та оцінюються приблизно в 3 мм на рік. Розглянуті комп'ютерні програми характеризуються різним ступенем візуалізації та простотою використання. Найбільшою складністю у разі використання програм є підготовка необхідного формату даних та їх інсталяції в програмному середовищі, наприклад, Matlab. Загалом, можна зробити висновок, що програмний пакет Hector, завдяки простоті підготовки вхідних даних, можливості обчислень в он-лайн режимі та вибору різних моделей похибок вважається найбільш оптимальним для аналізу часових рядів геофізичних явищ, таких наприклад, як зміна рівня моря. Найменш рекомендованим для цього типу аналізу часових рядів є програмний пакет Statistica.

Рассмотрена возможность использования конвективно-разрешающей атмосферной модели Harmonie для задания условий на верхней границе расчетной области численных гидродинамических моделей морской среды. Дано описание основных блоков и конфигураций атмосферной модели, компьютерной реализации на вычислительных ресурсах Европейского центра среднесрочных прогнозов, а также пространственно-временных параметров прогонки модели. Представлены результаты численного эксперимента над акваторией северо-западной части Черного моря и прилегающими областями суши для сложных синоптических условий и высоких скоростей ветра в зимний период. Показаны возможности использования модели для воспроизведения мезомасштабных особенностей циркуляции атмосферы над заливами и вдоль береговой черты, таких как струйные течения нижних уровней, термические градиенты над границей раздела между различными типами подстилающей поверхности, сдвиг ветра над береговой чертой. Перечислены преимущества использования модели Harmonie при задании верхних граничных условий в задачах моделирования гидрофизических и гидродинамических процессов в прибрежных районах моря.

Динаміку рівня та суші на узбережжі Чорноморського регіону досліджено за середньорічними даними щодо рівня моря на 10 станціях з 1874 по 2015 р. Загальною закономірною особливістю часової мінливості міжрічних коливань рівня Чорного моря було домінування хвилеподібного зростання рівня з етапами різної інтенсивності. За допомогою методу водного нівелювання розраховано величину та інтенсивність міжрічних тектонічних зсувів прибережної суші Чорного моря за згаданий період. Показано, що нерівномірне опускання прибережної суші є дзеркальним відображенням такого самого зростання рівня моря. При цьому процеси, що відбуваються у межах прибережної суші та на дні моря, визначають власні коливання рівня моря. Довгочасна мінливість коливань рівня моря на станціях с тривалими спостереженнями (140 років) мала такі етапи: 1875 - 1925 рр. - слабке зниження рівня моря з інтенсивністю від - 0,02 до - 0,16 см/рік; 1926 - 1965 рр. - інтенсивне зростання рівня моря (+ 0,30 см/рік); 1966 - 1995 рр. - зростання з меншою інтенсивністю (+ 0,20 см/рік); 1996 - 2015 рр. - зниження рівня з інтенсивністю - 0,09 см/рік. На короткочасних станціях етапи також синхронізовані в останні десятиліття. Стійке опускання середньорічних висот рівня моря в 1996 - 2015 рр. установлено на семи з десяти проаналізованих станцій, а на інших трьох станціях визначено тенденцію зниження інтенсивності росту рівня. Виявлено короткочасні та різкі "сплески" рівня у середньорічних рядах і подібні "провали" дна в обчислених рядах опускання суші. Ці збурення спостерігали майже синхронно на всіх станціях, мали квазідесятирічну періодичність, тривалість циклу 3 - 4 роки (іноді до 5 років) та амплітуду до 10 - 17 см (зазвичай 12 см). Іноді "сплески" рівня (як і "провали" дна) спостерігали парами.

Мета роботи - оцінка можливих причин землетрусів у зоні водойм через порівняння деформацій поверхні Землі, зумовлених власними коливаннями води, з деформаціями, що зумовлені навантаженням від створеного водоймами тиску. Методика базується на припущенні щодо можливості збудження землетрусу за рахунок порушень утоми, які накопичуються в межах напруженого тектонічного розлому в разі подразнення його сейшовою хвилею. Літосферні деформації від тиску сейшової хвилі утворюють решітку з ліній пучностей. Підвищення середнього рівня океану на 104,99 м за останні 17,7 тис років призвело до наповнення котловини Азовського моря та збільшення площі Чорного моря. Порівняння величин деформацій дна Чорного моря, що викликані навантаженням від створеного водоймами тиску, з деформаціями сейшового походження не спростовує припущення про те, що коливання поверхні води у морі, спричинені стоячими хвилями, можуть сприяти збудженню землетрусів. Допускається вплив на сейсмічну інтенсивність водного басейну сейш Азовського моря, максимальний ефект утоми від дії яких порівняно із ефектом утоми від дії сейш Чорного моря. Таким чином, непрямо підтверджується можливий вплив на зміну нормативної сейсмічності зони водойм як статичного навантаження, зумовленого вагою води та створений цим поровий тиск, так і порівнянні з ними варіації порового тиску, що зумовлені режимом підземних вод. У цьому випадку режим підземних вод є функцією власних, сейшових коливань води. Крім того, вплив сейш на сейсмічно активний тектонічний розлом відрізняє положення силових ліній, які утворюють решітку. Наукова новизна. Розроблено модель сейшового деформування дна. Відповідно до моделі, силові лінії поля довгоперіодних сейшових коливань утворюють решітку, розміри комірок якої залежать від морфометричних характеристик водойм. Зміни сейсмічної інтенсивності зони водойми відбуваються за рахунок накопичення порушень утоми сейсмічно активного тектонічного розлому, зосередженого в околиці силових ліній.

Розглянуто трансформацію спектра нерегулярного хвилювання на підводному уступі. Як модель спектра використано суперпозицію двох ТМА спектрів з різними частотами спектральних максимумів. Обговорено використання (по аналогії з RDT підходом) лінійної теорії для дослідження трансформації спектра під впливом різкої зміни глибини потоку. За допомогою методу поліпшеної редукції знайдено коефіцієнти відбиття та проходження хвилями уступу залежно від хвильового числа падаючої хвилі. Наведено результати розрахунків. Проаналізовано особливості трансформованого спектра для різних параметрів задачі, зокрема, показано, що після уступу спектральні амплітуди зростають і довжини відповідних хвиль зменшуються, тобто хвилі стають крутішими.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д221.322

Рубрики:

Внутрішні хвилі

Шифр НБУВ: Ж16631 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Описано можливий підхід щодо моделювання екологічних процесів, а саме аномальних приливів (цунамі). Запропонований математичний апарат на основі статистичних методів містить приховані моделі Маркова, лінгвістичне моделювання та метод подібних траєкторій.

Розвинено чисельно-аналітичний метод для розв'язання задач розсіювання хвиль на перешкодах, у якому за рахунок виділення особливості щодо швидкості знайдено асимптотичні вирази для невідомих, що дало змогу підвищити точність розрахунків і зменшити розмірність системи рівнянь. Проведено розрахунки коефіцієнтів відбиття та проходження поверхневих хвиль через перешкоди різної форми. Виявлено, що зміна висоти симетричної перешкоди призводить до зсуву значень хвильових чисел, за яких спостерігається нульове відбиття хвилі. Це пов'язано зі зміною швидкості хвилі, яка поширюється над перешкодою, та відповідним зсувом її фази відносно хвилі, що відбилась від нижнього за потоком кінця перешкоди. Показано, що відсутність симетрії розташування перешкоди кінцевої довжини призводить до того, що характер поведінки коефіцієнта відбиття залишається осцилюючим, але його значення в точках локального мінімуму відрізняються від нуля на відміну від симетричного випадку, коли коефіцієнти відбиття стають рівними нулю ("Брегівське" розсіювання). Ця відмінність стає істотною зі зростанням висоти перешкоди та зростанням глибини рідини за перешкодою. Для симетричної перешкоди в межах плоско-хвильового наближення ("plane- wave approximation") знайдено аналітичні залежності для коефіцієнтів відбиття та проходження. Знайдено умови, коли коефіцієнт відбиття дорівнює нулю. Показано, що відбувається суттєва перебудова спектрів поверхневого хвилювання, коли хвилі поширюються над уступом. Виявлено, що змінюються максимальні значення відповідно до коефіцієнта проходження, тобто амплітуди хвиль зростають. Крім того, довжина хвиль зменшується та хвилі стають більш крутими. Ці ефекти підсилюються зі зменшенням глибини.

Пояснено важливість та актуальність моніторингу рівня океанів і морів. Спостереження за рівнем моря - це не лише метод дослідження зміни рівня морів та океанів, це й метод дослідження рухів земної кори на прибережних територіях. Наведено методики визначення параметрів вертикальних рухів земної кори на основі даних рівня моря. Висвітлено фактори, які впливають на зміну рівня водної поверхні. Вказано числові параметри факторів та можливу величину внеску кожного з них у зміну рівня моря. Здійснено класифікацію факторів, що впливають на зміну рівня океанів і морів.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д221.32 с18

Шифр НБУВ: Ж16631 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Представлено результати експериментальних досліджень взаємодії поверхневих поодиноких хвиль з крутими береговими схилам. Виявлено, що довгі хвилі, які рухаються вгору по схилу (накат хвилі) без руйнування, можуть руйнуватися при відкоті. Визначено величини максимального накату і відкоту поодинокої хвилі для крутих схилів. Одержано залежність величини відкоту від максимального накату хвилі.