Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Исследование режима штормовых ветров и волн на примере Черного моря

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Кабатченко, Илья Михайлович

Введение

Глава I* Методы определения режимных характеристик ветровых волн и зыби на морях и океанах*

1.1. Расчет режима ветрового волнения по архиву синоптических карт.

1.2, Расчет режимных характеристик волн по режимным характеристикам ветра.

1*3. Расчет режимных характеристик волнения на основе натурных наблюдений.

1.4. Выбор аппроксимирующей функции*

Глава 2. Общая характеристика штормов Черного моря.

2Л. Географическая справка.

2.2. Синоптические условия возникновения штормов над Черным морем.

2.3. Схемы районирования полей ветра и волн Черного моря. Z

2.4. Состояние исследований режима штормовых ветров и волн Черного моря.

Глава 3. Исследование полей штормовых ветров над Черным морем.

3.1. Цели исследования и алгоритм расчета.

3.2. Районирование Черного моря.

3.3. Типовые поля атмосферного давления Черного моря.

3.4. Режим штормовых ветров Черного моря.

Глава 4. Исследование штормовых волн Черного моря.

4.1. Алгоритм расчета.

4.2. Режим штормовых волн Черного моря.

4.3. Режим волнения в прибрежной зоне. 91*

Глава 5. Межгодовая изменчивость штормовых ситуаций на Черном море.

5.1. Характер межгодовой изменчивости штормовых ветров.

5.2. Циклы штормовой активности Черного моря.

5.3. Максимальные за год высоты волн. III Выводы. Ш Список литературы.

Введение Диссертация по географии, на тему "Исследование режима штормовых ветров и волн на примере Черного моря"

Черное море имеет важное значение в народном хозяйстве страны. Прежде всего, через него проходят морские пути, которые связывают нашу Родину со многими странами мира. Крупные порты на побережье моря-это Одесса, Ильичевск, Николаев, Керчь, Новороссийск, Черное море и особенно его мелководная северо-западная часть является районом интенсивного рыбного промысла, в том числе ценных пород. Черное море - здравница всесоюзного значения. На южном берегу Крыма и на Кавказском побережье моря отдыхает ежегодно несколько миллионов советских людей и гостей нашей страны из-за рубежа. Последнее время на море развивается добыча полезных ископаемых со дна моря (прежде всего, природного газа).

Для обеспечения народнохозяйственного использования моря на побережье, а в последнее время и в открытом море ведется интенсивное гидротехническое строительство, а также большое количество торговых, рыбопромысловых, туристических и экспедиционных кораблей бороздит его просторы. На протяжении большей части года (особенно в летнее время) Черное море спокойное. Несмотря на небольшую повторяемость,штормы на Черном море представляют значительную опасность, так как порой достигают исключительной силы. Нередки случаи повреждения и даже гибели кораблей в море. Ежегодно с моря приходят вести о разрушенных волноотбойных стенках и постройках на побережье, размытых пляжах. В последнее время к этим известиям прибавились сведения о нанесенном ущербе газодобывающим платформам. В силу этого ветер и волны являются важными факторами, которые надо учитывать при строительстве портов, буровых платформ, других гидротехнических сооружений, а также при борьбе с эрозией берегов, строительстве берегоукрепительных сооружений и морских перевозках. В качестве исходных многолетних характеристик этих элементов необходимо располагать режимными функциями расцреде-ления скорости ветра и параметров волн, значениями скоростей ветра и параметров волн с заданными периодами повторяемости, максимальными значениями параметров волн и скорости ветра. Б настоящее время существуют справочные пособия, в которых приведены такого рода многолетние характеристики ветра и волн для морей и океанов. Как правило, в этих пособиях режимные характеристики определялись по данным визуальных наблюдений, точность которых не всегда удовлетворяет потребности практики, или рассчитывались по относительно коротким рядам синоптических карт (порядка 10 лет). Расчеты по таким рядам позволяют получить надежные значения скорости ветра и параметров волн в области обес-печенностей, близких к медианным. В то же время режимные обеспеченности штилей и наиболее сильных ветров и больших волн, найденные по коротким рядам, мало достоверны из-за большой межгодовой изменчивости этих явлений /34/. В связи с этим режимные характеристики штормовых ветров и волн, приведенные в названных справочниках, потребовали уточнения, так как именно штормовые ветры и волны представляют основную опасность для гидротехнических сооружений и кораблей в открытом море.

Исходя из вышеизложенного, в настоящей работе поставлена задача:

- изучить пространственно-временную изменчивость режима штормовых ветров и волн Черного моря.

Поставленная задача решалась в несколько этапов:

- составлен архив волноотасных барических обстановок над

-б

Черным морем;

- проведена типизация штормовых ситуаций над морем и составлен Атлас типовых штормовых полей ветра;

- выполнен расчет для каждого района моря многолетних характеристик скорости ветра и параметров волн;

- исследована межгодовая изменчивость штормовой активности моря.

Б ходе выполнения работы проведен анализ архива синоптических карт за период 1949-1973 гг., а также материалов береговых наблюдений за ветром и волнами на Черном море. В результате исследований впервые получены по архиву синоптических карт для открытых районов Черного моря режимные функции распределения штормовых скоростей ветра и параметров волн, а также значения скоростей ветра и параметров волн, возможные раз в 100 лет; составлен Атлас типовых штормовых полей ветра; установлено уменьшение повторяемости штормовых ситуаций с 1949 по 1978 гг.; выявлено квазипериодическое колебание штормовой активности Черного моря.

Основные положения и выводы настоящей работы могут найти применение в планирующих, цроизводственных и научно-исследовательских учреждениях, чья деятельность связана с Черным морем.

Полученные в работе результаты (в том числе прогнозы) позволяют рассчитывать ожидаемые волновые и ветровые нагрузки на буровые платформы в открытых частях Черного моря и планировать оптимальные сроки их строительства, а также могут быть использованы в следующих целях:

- при определении максимальных нагрузок ветра и волн на береговые гидротехнические сооружения и определении оптимальных сроков их строительства;

- при проведенш берегоукрепительных работ на побережье Черного моря;

- при планировании работы морского транспорта и морских портов.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Кабатченко, Илья Михайлович

Основные выводы в отношении режима штормовых ветров и волн, а также описанного здесь метода расчета режима сводятся к следующему:

1. Многолетние характеристики ветра и волн, полученные в настоящей работе, не противоречат имеющимся представлениям о режиме ветров и волн, но существенно их уточняют в области скоростей ветра и параметров волн с большими периодами повторяемости. Примененный в данной работе метод может быть рекомендован для расчета режима штормовых ветров и волн на других морях.

2. Черное море можно условно разделить на две зоны, сильно отличающиеся друг от друга многолетними характеристиками штормовых ветров. К первой зоне относятся северо-восточная, северо-западная и западная части моря. Для этих районов характерно преобладание штормовых ветров северного, северо-восточного, восточного и юго-восточного направлений. Скорость ветра в этих штормах раз в 100 лет может достигать 40 м/с. Ко второй зоне моря относятся его южная и юго-восточная части. Скорость ветра, возможная в этой зоне раз в 100 лет, равняется около 30 м/с,

3» За исключением юго-восточного района моря, штормовые волны распространяются главным образом в секторе от 0 до 90°. Максимальная высота волн, возможная раз в 100 лет, растет от 16 м на северо-востоке и юге до 22 м на щ>айнем его западе. Такие различия в волноопасности для районов, которые имеют примерно одинаковый режим штормовых ветров (за исключением южного района), объясняются разницей в разгонах для наиболее сильных и устойчивых ветров восточного и северо-восточного румбов. Максимальная высота волн, возможная раз в 100 лет, в юго-восточном районе не превышает 15 м. Основными направлениями распространения штормовых волн в этом районе являются 240-300°♦

4. Средний период волн, возможный раз в год, для всех районов Черного моря примерно один и тот же и равен 9-10 с. Периоды волн с малыш вероятностями превышения растут на Черном море с севера на юг. В северной половине средний период волн,возможный раз в 100 лет, равен 11-12 с, в южной половине - 13-14с. Рост периодов волн для южных районов можно объяснить тем, что в этих районах встречаются очень крупные волны зыби с большими периодами. Зыбь приходит при жестоких штормах в северной половине моря.

5. На Черном мэре сильно развито явление перемежаемости штормов. Суммарная продолжительность за год ситуаций с относительно слабыми ветрами мало изменяется год от года, тогда как наиболее сильные ветры (со скоростями более 20-25 м/с), как правило, встречаются в определенные "штормовые" годы, а в остальные годы вероятность их появления резко уменьшается. Точно также и сильное волнение чаще наблюдается в "штормовые" годы.

6. Штормовые ситуации на Черном море, по данным за 19491978 гг., имеют циклическую составляющую с периодом около 6,5 лет. В 1950, 1956, 1963, 1969 и 1976 гг., то есть раз в 6-7 лет^ на море возрастала повторяемость штормов в 1,5-2 раза.

Максимальные высоты волн, возможные один раз в "штормовой" год, в северо-восточном, западном и северо-западном районах оказались на 20-30 % выше, чем максимальные высоты волн, возможные раз в год с волновыми условиями, близкими к средним.

В целях дальнейшего совершенствования полученных результатов необходима организация стационарных инструментальных измерений скорости ветра и параметров волн в открытых частях Черного моря продолжительностью не менее 3 лет. Для уменьшения трудозатрат при расчетах предлагаемым методом на других морях СССР разработан численный алгоритм расчета и реализован на ЭВМ.

Библиография Диссертация по географии, кандидата географических наук, Кабатченко, Илья Михайлович, Москва

1. Атлас волнения и ветра Черного моря. 31., Гидрометеоиздат, 1969. III с.

2. Ветер и волны в океанах и морях. Справочные данные. Л.9 "Транспорт", 1974. 359 с.

3. Витинский Ю.И., Оль А.И., Сазонов Б.И. Солнце и атмосфера Земли. Л., Гидрометеоиздат, 1976, 350 с.

4. Герман Р.Дж., Голдберг Р.А. Солнце, погода и климат. Л., "Гидрометеоиздат", 1981, 318 с.

5. Гусев A.M. Новороссийская бора. Тр. МГИ, Т.Х1У, 1959, 139 с.

6. Давидан Й.Н. Применение вероятностных методов для анализа режима волнения на примере северной части Атлантического океана. Труды ГОИН, вып. 91, Л., Гидрометеоиздат, 1967, с.70-96.

7. Давидан И.Н. Сравнительная характеристика межгодовой изменчивости волнения в Атлантическом океане. Труды ГОИН, вып.96. Л., Гидрометеоиздат, 1969, с.174-184.

8. Давидан И.Н., Лопатухин Л.И.» Рожков В.А. Ветровое волнение как вероятностный гидродинамический процесс. Л., "Гидрометеоиздат", 1978. 287 с.

9. Егоренко Н.Г. Типовые барические поля над бассейном Черного моря. Труды ИОАН, том 57, 1962, с.81-92.

10. Жданов A.M. Необычайный шторм на Черном море. Океанология, 1968, т.УШ, вып.4, с.760-764.

11. Зац В.И. Особенности режима волнения в районе Ялты. Сборник работ ГМО ЧАМ, вылЛ, 1962, с.77-103.

12. Земляков В.М. К вопросу о режиме волнения Черного моря. Труды Одесского ГМИ, 3-ий юбилейный выпуск, 1957, с.123-132.

13. Земляков В.М. Атмосферное давление и ветер над Черным морем. Труды УкрНИГМИ, вып.7, 1937, с.30-39.

14. Земляков В.М. Гидрометеорологическое районирование Черного моря. Труды УкрНИГМИ, вып.38, 1963, с.30-39.

15. Земляков В.М. Карты преобладающих ветров над Черным морем. Труды УкрНИГМИ, вып.52, 1965, с.88-94.

16. Исаев Э.А. Шторм Черного и Азовского морей. "Записки по гидрографии" № 3, 1936, Издание гидрографического отдела УМС РККА, с.85-119. '

17. Кабатченко И.М. Опыт освещения климатических особенностей ветровых волн на примере Черного моря. М., 1982, 10 с. Деп. во ВНИИГМИ-М1Щ К2 161 ГМ-Д82.

18. Кабатченко И.М. Многолетняя цикличность ветра и ветровых волн Черного моря. М., 1982, 22 с. Деп. во ВНШБШ-МЦД1. Ш 159 гм-Д82.

19. Кирьянов М.Г. Фен на юге Крыма. "Метеорология и гидрология" № 3, 1955, с.34-35.

20. Климатический и гидрологический атлас Черного и Азовского морей. М., Гидрометеоиздат, 1956, 103 с.

21. Колесникова А.П. Синоптические условия перемещения ныряющих циклонов и особенности обуславливаемых ими штормовых ветров на Черном море. Труды Одесского ГМИ, выл. ХХШ, 1961, с.51-56.

22. Кузьминская Г.Г. Штормы и солнечная активность. "Природа" Ш 3, 1971, с.125.

23. Матушевский Г.В. Новый тип режимных функций распределения параметров ветровых волн. "Метеорология и гидрология", 1977, № 3, с.66-72.

24. Матушевский Г.В. Расчет максимальных высот ветровых волн в океанах и морях. "Метеорология и гидрология" № 5, 1978, с.63-69.

25. Матушевский Г.Б. Оценка энергозапасов ветрового волнения в морях СССР. М., 1982, 9с. Дсп.во ВНИГОШ-МЦД 8 июня 1982 г. й 145 гн-Д82.

26. Машнова Г.Б. Строение средиземноморских циклонов, проходящих через Черное море. Труды Морск. гидрофиз. ин-та АН СССР, том ХУ, 1959, с.146-166.

27. Методические указания. Расчет режима морского ветрового волнения. Вып. 42, М., 1979, 92 с.

28. Мультановский Б.П. Нордостовые штормы Черного моря и их значение для синоптики Европы. Изв. Центрального гидромет. бюро, вып. 3, 1924, с.45-56.

29. Мучник В.М. Регенерация средиземноморских циклонов на Черном море. "Метеорология и гидрология". Инш. сборник Ш 3, 1946, с.74-75.

30. Потапова Е.И. Летние северо-восточные штормы на Черном и Азовском морях. Труды Морск. гидрофиз. ин-та АН СССР, том ХП, с.97-116.

31. Потапова Е.И., Потапов Н.С. Особенности циркуляции на Южной оконечности Крыма. Труды Морск. гидрофиз. ин-та АН

32. СССР, том 16, 1959, с.29-43.

33. Потапов Н.С. Бора на Южном берегу Крыма. "Природа", № I, 1961, с.81.

34. Ржеплинский Г.В., Крылов Ю.М., Матушевский Г.В., Стрека-лов С.С., Назаретский Л.Н. Новый метод анализа и расчета элементов ветровых волн. Труды ГОИН, вып. 93, 1969, с.5-52.

35. Ржеплинский Г.В. Исследование режима ветрового волнения океанов и расчеты параметров волн. Труды ГОИН, 1972, вып.XII, 184 с.

36. Ржеплинский Г.В., Назаретский Л.Н. Расчет режима волнения шельфовых акваторий на примере Черного моря. Метеорология и гидрология, 1974, № I, с.63-68.

37. Сазонов Б.И. Двойная природа ритмов в геофизических процессах. Солнечно-атмосферные связи в теории климата и прогноза погоды. Труды 1-го всесоюзного совещания. 1., "Гидрометеоиздат", 1974, с.70-79.

38. Сергеев Г.В. О расчете режимных характеристик волнения на Черном море. Сборник работ БГМО ЧАМ, вып. 3, Л., 1965,с.16-17.

39. СН и П П-57-75 гл.57, Приложение I, М., Стройиздат, 1976, 40 с.

40. Справочник по климату Черного моря. М., "Гидрометеоиздат", 1974, 406 с.

41. Справочные данные по режиму ветров и волнения на морях, омывающих берега СССР. JL, "Морской транспорт", 1962, 156 с.

42. Стрекалов С.С., Цыплухин В.Ф., Гончаров Е.И., Марков В.В. Режим интенсивного морского ветрового волнения в бухте. "Труды С0ЮЗМ0РНИИПР0ЕКТА" 26/32, М., "Транспорт», 1969, с.82-93.

43. Стрекалов С.С. Современное состояние и задачи исследования ветровых волн для целей гидротехнического строительства. Генеральный доклад. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л., Энергоиздат, 1982, с.6-12.

44. Средневский Б. О бурях на Черном и Азовском морях. 1889, 97 с.

45. Чернякова A.ii. Северо-восточные штормы на Черном и Азовском морах при перемещении циклонов с Малой Азии на юго-восток Черного моря. Труды УкрНШЖ, вып. 12, 1958, с. 123-132.

46. Чернякова А.П. Типовые поля ветра Черного моря. Сборник работ БГМО ЧАМ, вып. 3, Л., 1965, с. 10-15.

47. Battles J.A. Long-term wave height disribution at seven station around the British isles. Dent. Hydr. Zeit., 1972, J. 25. H. 4, s. 178- 189.

48. Blackman D.L., Graff I. The analysis annual extreme sea level at certain ports in southern England. Proc. Inst. Civ. Eng., 1978, Part 2, 65, p. 339-357.

49. Cavaleri L., Malanotte Rizzoli P. A wind-waves prediction model in the Adriatic sea. "Turb. Fluxes through the Sea Surf., Wave Dyn., and Pred.", NATO Conf. Series. Series V, Vol. I, New York, 1978, p. 629-646.

50. Carter D.J.T., Challenor P.G. Return wave heights estimated from monthly maximum values. "Climatol. Мег. Conf. Int., Paris, 3-4 Oct., 1979", Paris, 1980, p. 271-294.

51. Draper L. Anote on the wave climatology of U.K. waters. "Ocean Wave Climate",1979, Vol.8, New York, p. 39-60.

52. Earle M.D. Practical determination of design wave conditions. "Осе an Wave Climate", 1979, Vol.8, New York, p.327-331.

53. Goda Y. A review on statistical interpretation of wave data. "Rept. Port and Harbour Res. Inst.", 1979» 18, No. I,p. 5-32. .

54. Gunther H., Rosental W., Weare T.J., Worthington Б.А., Hasselmann K., Ewing J.A. A hybrid parametrical wave prediction model. J. Geophus. Res., 1979, Vol. 84, No. C9,p. 5727-5738.

55. Haring R.E., Heideman J.C. Gulf of Mexico rare wave return period. "Proc. 10th Annu. Offshore Technol. Conf., Houston,

56. Tex., 1977,. Vol. 3", Dallas, Tex., 1978, p. 1537-1550.

57. Henderson G., Webber N.B. Waves in severe storm in the Central English Channel. Coast. Eng., 2, 1978, p. 95-И0.

58. Houmb O.G., Mo K. Extreme waves estimated from visual wave data. "POAC 77 4th Int. Conf. Port and Ocean Eng. Arctic. Cond., Newfoundland, 1977, Proc. Vol. 2", Newfoundland,1978» Р. 995-ЮОб.

59. Jans H.O., Wheeler J.D. Long-term wave probabilities based on hindcasting of severe storms. "4th Annu Offshore Tech-nol. Conf., Houston, Tex., 1972, Prepr. Vol.Iй, Dallas, Tex., 1972, P. 439-458.

60. Lasanoff S.M., Stevenson N.M. A twenty-year Nothern Hemisphere wave spectral climatology. "Turb. Fluxes through the Sea Surf., Wave Dyn., and Pred.", НАТО Conf. Series. Series Y, Vol. I, New York, 1978, p. 547-564;

61. Lowson N.V., loul P.H. Storm duration and return interval for waves off the Central N.S.W. coast. "3rd Austral Conf. Coast, and Ocean Eng.: Coast. Ocean and Man, Melbourn,- w1977", Barton, 1977, p. 123-130^

62. Pedersen B. Prediction of long-term wave conditions with special emphasis on the North sea. "Proc. 1st Int. Conf. Port and Ocean Eng. Arctic. Condit., Vol. 2", Trondheim, 1971» p. 979-992.

63. Boss D., Cardone V. A comparison of parametric and spectral hurricane wave prediction products. "Turb. Fluxes through the Sea Surface, Wave, Dyn., and Pred.", NATO Conf. Series, Series V, Vol. I, New York, 1978 p. 647-666.

64. Thorn H.C.S. Asymptotic extreme-value destributions of wave heights in.the open ocean. J. Mar. Res., 1971» Vol. 29,1. No I, p. 19-27.

65. Thorn H.C.S., Asce M. Extreme wave height distributions over oceans. J. Wat. Harbours and Coast. Eng. Div., Amer. Soc. Civ.-Eng., 1973, vol. 99, No 3, p. 355-374.