Abstract and keywords
Abstract (English):
Zadachey nastoyaschego issledovaniya yavlyaetsya issledovanie shtormovoy aktivnosti v rayone Anapskoy peresypi za period s 1979 po 2017 gg. Osnovnoy metod - matematicheskoe modelirovanie. Ustanovleno, v rayone Anapskoy peresypi srednegodovaya moschnost' vetrovogo volneniya sostavlyaet 4-5 kVt/m i ispytyvaet dovol'no znachitel'nuyu mezhgodovuyu izmenchivost'. V roze vetrovogo volneniya vydelyayutsya dva preobladayuschih napravleniya: severo-vostochnoe i yugo-zapadnoe. Pri etom v mezhgodovom plane suschestvuet ustoychivaya tendenciya uvelicheniya doli volneniya severo-vostochnyh napravleniy pri umen'shenii vklada yugo-zapadnogo volneniya.

Keywords:
Black sea, Anapa Peresyp, numerical modeling, wave climate
Text
Поверхностное ветровое волнение является одним из основных факторов, определяющих развитие морского транспорта, освоение шельфа, динамические процессы в береговой зоне моря и оказывающих влияние на береговую инфраструктуру, экологию и рекреа- ционный потенциал. В этой связи важной задачей является анализ штормовой активности на акватории Черного моря, а также выявление климатических тенденций в межгодовых колебаниях доступной волновой энергии. Современным средством исследования параметров поверхностного волнения выступает математическое моделирование, позволяющее по исходным полям ветра рассчитывать параметры морского волнения за любой промежуток времени. Для моделирования трансформации волнового поля используется современная спектральная модель DHI MIKE SW ([2]). Модель с успехом может применяться как для открытых акваторий, так и в прибрежной зоне. На основе батиметрической карты Черного и Азовского морей построена неравномерная расчетная сетка (со сгущением в районе шельфа), состоящая из 15 тысяч элементов. Минимальный горизонтальный масштаб сетки представляет собой компромисс между требованиями пространственного разрешения особенностей батиметрии и приемлемым временем счета. Положение расчетной точки в районе Анапской пересыпи указано на рис. 1. Глубина в точке - 38 метров. Исходные поля ветра выбираются из массива данных глобального атмосферного реанализа ERA-Interim, представленного Европейским центром среднесрочных прогнозов. Пространственное разрешение составляет 0.25 градуса, шаг по времени - 3 часа. Верификация спектральной волновой модели выполнена на основе данных прямых экспериментальных наблюдений, покрывающих практически все море и проведенных с помощью (рис. 2): 1. Волнографов Datawell Waverider. Эти данные наиболее репрезентативны, поскольку включают все основные интегральные и спектральные характеристики волнения. 2. ADCP. Единственная запись, которую удалось обнаружить для Азовского моря. 3. Струнных волнографов, установленных на стационарных морских платформах. Недостаток - визуальное определение направления распространения волн. 4. Спутниковых измерений (альтиметрия). Результатом обработки спутниковой информации является профиль значительной высоты волн вдоль траектории движения спутника. Статистический анализ соответствия модельных результатов экспериментальным данным показывает, что спектральная волновая модель DHI MIKE 21 SW успешно воспроизводит основные фазы развития ветрового волнения и может использоваться как инструмент дальнейших исследований. В результате проведенной работы получен обширный массив данных, состоящий из полей рассчитанных параметров ветрового волнения Черного и Азовского морей с временны́м шагом 1 час и охватывающий период в 38 лет (с 1979 по 2017 годы). Массив расчетных характеристик включает в себя: - пространственные распределения значительных и максимальных высот волн, средних периодов, периодов максимума спектра, направления волнения; - частотные и частотно-направленные спектры ветрового волнения; - мощность ветрового волнения В результате проведенной работы получен обширный массив данных, состоящий из полей рассчитанных параметров ветрового волнения Черного и Азовского морей с временны́м шагом 1 час и охватывающий период в 37 лет (с 1979 по 2015 годы). Массив расчетных характеристик включает в себя: - пространственные распределения значительных и максимальных высот волн, средних периодов, периодов максимума спектра, направления волнения; - частотные и частотно-направленные спектры ветрового волнения; - мощность ветрового волнения. В районе Анапской пересыпи среднегодовая мощность ветрового волнения составляет 4-5 кВт/м и испытывает довольно значительную межгодовую изменчивость. Наиболее штормовыми были 1981, 1998, 1993, 2001, 2007 и 2015 гг.; наименее - 1982, 1984, 1994, 1996 и 2009 гг. В повторяемости штормового волнения четко выделяются два направления: юго-западное и северо-восточное. Реже всего в районе Анапской пересыпи наблюдаются шторма юго-восточного и северо-западного направлений. Поставим вопрос: существуют ли межгодовые устойчивые тенденции во вкладах в общую повторяемость волнения различных направлений? Для ответа на этот вопрос воспользуемся процедурой, подробно изложенной в [1, 3]. Данная процедура реализует непараметрический тест Манна-Кендалла. Метод не требует знания закона распределения исходных величин, а также может учитывать неравномерность временно́й шкалы и пропуски в данных. Метод рассматривает три основные статистические метрики: - статистика Манна-Кендалла (S). Являет собой сумму разностей между последовательными величинами; - доверительный уровень (CF); - коэффициент вариации (COV). Сочетание указанных трех метрик позволяет выявить трендовые составляющие в исходных данных, а также оценить знак и статистическую значимость тенденций. Результаты исследования возможных трендов в повторяемости ветрового волнения по различным направлениям представлены в табл. 1. Как следует из табл. 1, в районе Анапской пересыпи за последние 39 лет наблюдается перераспределение волновой энергии по направлениям распространения. Существует устойчивая тенденция увеличения доли волнения северо-восточных направлений при уменьшении вклада юго-западного волнения. Таблица 1. Анализ трендов в повторяемости ветрового волнения по направлениям за период 1979-2017 гг. Полученные результаты будут использованы в дальнейшем при моделировании динамики подводной части Анапской пересыпи и эволюции береговой линии. Работа выполнена в рамках решения задач гранта РНФ (грант № 14-05-00095). Вычислительная часть и обработка результатов выполнены при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проекты 18-05-80035, 16-45-230781 и 17-05-00183
References

1. Aziz J.J., Ling M., Rifai H.S., Newell C.J., Gonzales J.R. 2003. MAROS: A Decision Support System for Optimizing Monitoring Plans. Ground Water, 41(3): 355-367.

2. DHI Water & Environment. 2007. MIKE 21, Spectral Wave Module.

3. Divinsky B.V., Kosyan R.D. The Black Sea and Sea of Azov wave regime: results of numerical simulation // Proc. of the Conference on Coastal and Port Engineering in Developing Countries PIANC COPEDEC IX. Rio de Janeiro, 16-21 Oct. 2016