Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Особенности длинноволновых движений в Каспийском море

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Особенности длинноволновых движений в Каспийском море"



РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ЩЯЮТГ ВОДНЫХ ПРОШЕЛ.

На правах рукошси.

Ведав Дмитрий Леонидович.

Особенности ДЛИННОВОЛНОВЫХ двшший в Каспийском море.

Специальность П.00.07 - гидрология суш» воддаэ ресурсы, гидрохимия.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учэноа степени кандидата технических наук.

И0СКВА 1992 г.

Работа шползена в Институте водных проблей РАН

Научные руководители - член - корреспондент РАН, профессор

Ы.Г.Хубларян

доктор географических наук, профессор

A.Н.Носарев

(фщиалыыо огшсшиты - доктор географических наук, профессор .

B.Н.Михайлов

кандида? физико - математических наук В.Н.Зырянов

Ведущая организация - Государственный океанографиеский

институт

Защита диссертации со -тоится " ^ " ¿¿/^¿¿АЦ 1Э92 г. в /¿I час ва заседании спэциалнзированЕого совета Д.003.37.01 в Института водных проблем РАН. Адрес совета : 107078, Иосква, ул. Ново - Басманная, 10

• Институт водных проблем РАН О диссертацией моано ознакомиться в библиотеке ИБП РАН. Цросим Вас принять участие в защите и напревить Ваш отзыв, ш адресу : ТО7076, йосква 78, А/Я Б24, ул. Ново - Басманная 10, Институт водных проблей РАИ, Ученый совет.

Автореферат разослан " 1992 г.

Ученый сек, ларь специализированного совета кандидат геолого - минералогических наук

М.к.ыорковкша

j

f Общая характеристика рзботы.

nit I

' '-В н|стоянее время, когда климатическое состояние вод р океанах и ертлиый I

1—mwLf изучено достаточно, особуп актуальность приобрели исследования изменчивости гидрофизических полей в различных пространственно - временных масштабах. Это позволяет выявить устойчивость гидрологического режима водоемов, оценить величину возможных изменений под влиянием различных внешних факторов.

Динамика длинных волн относится к наиболее важным процессам, определяющим изменчивость вод в мезомасштабном и синоптическом диапазонах ( вр{пенной масштаб от нескольких минут до нескольких месяцев). В геофизической гидродинамика термин "длинные волны" применяется для описания волновых движений с горизонтальными масштабами значительно превосходящими глубину места и объединяет в себе движения с пространственными масштабами от десятков до тысяч километров.

Особое внимание уделяется исследованию динамики длинных волн в прибрежной пограничной области водоемов, где происходят процессы концентрации волновой энергии за счет образования захваченных волн , энергия которых сосредоточена в области значительных перзпадов глубин на шельфе и континентальном склона и быстро уЗы Бает по направлении в открытое норе. ( Euthr.ance, .1975, Гилл I9BS). Натурные эксперименты, проведенные в различных прнбрежпнх районах Мирового океана показали, что эти волны не только влияю- па изменчивость структуры и динамики вод , но и участвуют в формировании средних полей гидрофизических характеристик . Например, захваченные берегом волны играют важную роль в формировании и изменчиво та пространственной структура прибранного апвзллинга , приспособлении течений к резким изменениям глубины в области континентального склона ( Wang 1975 ). Бароклитшз волны Пуанкаре являются одной из главных причин изменчивости- течений в прибрежной зоне на частотах, близких к инерционной.

В то ;нэ время, роль длинноволновых движений в формировании структуры и динамики вод з замкнутых водоемах исследована недостаточно. Для Каспийского моря наименее изучена изменчивость гидрофизических характеристик в мезомасштабном л синоптическом диапазоне, т.е. их флуктуации с пространственными масштабами от десятков до нескольких сотен километров, и с временным масштабом от нескольких часов до нескольких суток. В работах ( Герман, 1970, Косарев, Ш-ганов 1972 ) на основе анализа данных наблюдений за уровнем моря и течениями выделены основные, энергонесущие периоды колебаний. На ибо "ее подробно издались собствондае кс-табанин бассейна, а таижд

г

приливные движения и коротконериодаые внутренние волны Натурные наблюдения сейшевых течений доказали, что их скорости могут достигать 20 - 25 см/с, а размах колебаний уровня - 10 - 20 см. ( Клевцова 1968 ).

. В целом же, длинные волны на субинерционных частотах в Каспийском море практически нэ исследовались. Не рассматривались такне механизма генерации и пространственная структура волновых движений. Особенности гидрологической структуры вод, сложная геометрическая форма Сассейла Каспийского моря приводят к тому, что длинноволновые движения приобретают некоторые специфические черты, отличающие их от океанических движений. Наличие трех, достаточно сильно различающихся между собой бассейнов : Северного-, Среднего и Южного Каспия обуславливает особенности динамики длинных волн в различных частях акватории Каспийского моря.

Цель и идачи работы.

Основная . цель работы - исследование особенностей динамики длинноволновых движений в Каспийском юре с периодами от нескольких часов до нескольких суток. . для этого в работе решались следующие основные задачи :

- Анализ данных натурных наблюдений и численйое моделирование сейл в. Каспийском морэ.

- Расчет параметров захваченных берегом волн для зимнего и летнего типов вертикальной стратификации вод в црибредаой зоне Среднего Каспия и математическое моделирование дифракции шельфовых волн на шельфе и склоне.

- Численное моделирование процессов генерации длинных болн ветровым воздеЕ твием в рамках баротропной и двухслойной моделей Каспийского моря.

- Оценка параметров длинноволновых движений в прибрежной зона но данным натурного эксперимента в Среднем Каспии.

Науч: ш новизна работы.

По новым натурам данным и результатам численного моделирования голуче-п ггриоды и пространственная структура бароа^ошшх- сейш бассейнов Среднего и Южного Каспия и всего могя. . Оценено влияние рельефа дна иа изменение пространственной структура колебаний. Ьперрче рассчитаны дисперсионные крлвые баротрошг'х и бароклинных захваченных берегом волн для ' шельфа у западного ■ и восточного берегов Среднего Касшя. Показано, что в случае летнего тала стратификации вод, захврчешгз берегом волны по своей вертикальной структуре близки к бароклшшым .волнам Кельвина. Б результате чпе-

ленного моделирования рассеивания шельфовых волн на неоднородности рельефа шельфа и континентального склона установлено, что энергия падающей волны переходит в энергию волн более высоких мод и " коротких " шельфовых волн с обратной групповой скоростью. Показано, что скорости волновых течений ниже области рассеивания уменьшаются в 3 - 10 раз, в зависимости от длины волны.

Установлено, что баротропные и бароклкнные волны, образующиеся в результате ветрового воздействия, в значительной степени определяют циркуляцию вод в прибрежной зоне.

По данным наблюдений за течениями, уровнем моря и ветром, впервые установлены параметры длинных волн в прибрежной зоне Среднего Каспия и иг влияние на гидрологические характеристики.

Практическая ценность работы.

Шельфовая зона Каспийского моря активно используется в хозяйственной деятельности. Здесь расположены основные районы нефтедобычи и рыболовства, источники загрязнения вод . Поэтому, знание механизмов формирования изменчивости вод в района ¡гольфа и континентального склона, связанных с длинными волнами (течений , колебаний уровня моря й термоклина) необходимо в природоохранной деятельности, при расчетах различных гидротехнических сооружений. Результаты работы важны такта в методологическом плаве и могут быть использованы при исследовании особенностей динамики вод в замкнутых водоемах.

Основные результаты исследований были использованы в работах по программе ГКНТ " Каспийское море "ив рамках проекта " Волна ". Достоверность работы обеспечивается использованием как результатов численного моделирования, так и натурных наблюдений за уровнем моря, течениями, метеорологическим"' параметрами. Устанавливалась степень • соответствия полученных результатов существующим теоретическим представлениям.

Автор принимал непосредственное участие в постановке задач и разработке методов решения, проведении численных расчетов на ЭВМ. Он, также участвовал в подготовке и проведении натурного эксперимента в Среднем Каспии и в интерпретации полученных результатов. Апробация работы.

Полученные в работе результаты обсуждались на научных семинарах лабораторий теоретоических проблем водоохраны и гидродинамики ИБП Ш СССР и кафедры океанологии МГУ. Часть результатов была прэд-зтавлена на III Всесоюзной конференции " Перспективные метода цитирования и анализа экспериментов при исследовании случайных толей и процессов " ( Грода-то .1988 ).

По теме диссертации опубликовано 4 работы. Список цитируемой литература вюпочает 89 наименований. Объем диссертации 118 страниц, 30 рисунков.

Основное содержание работы.

_bg__mejßjms обосновывается актуальность темы диссертационной работы. Указаны основная цель и задачи исследоваг'я. излагается краткое содержание работ.

_В_перй9Я..главе анализируются результаты натурных наблюдений и численных расчетов сейшевых колебаний в Каспийском море. Дается краткая характеристика особенностей морфомегрии Каспийского моря, структуры и динамики его вод , излагается современное состояние исследования сейш в этом водоема Далее приводятся сведения о натурных наблюдениях за уровнем моря и ветром на гидро-мегеосгаьцнях ( MC ) и течениями на автономных буйковых станциях ( абс ), дается краткая характеристика статистических . методов, применявшихся для обработки данных натурных наблюдений и численного моделирования.

Четвертый параграф содержит результаты анализаданных наблюдений за уровнем моря, ветром и течениями. На основании пространственно - временного спектрального анализа выделены основные энаргонесущие периоды колебаний ( табл. 1,2).

Колебания с полусуточным периодом ( 12,1 час ), -выделявшиеся для Каспийского моря и ранее Герман ( 1970 ), Косарев, Цыганов ( 1972 ), вызываются действием приливообразуицей силы, о чем свидетельствует хорошее соответствие между наступлением новолуния и полнолуния и максим*чьной энергией колебаний с этил периодом. Суточные колебания связаны с мастной бризовой циркуляцией. Это подтверждается наличием хорошей статистической связи мевд колебаниями уровня моря к составляющей ветра, нормальной к берегу. Колебания с периодами 8,3 - 8,7 и 4,1 - 4,5 час близка к полученным пс формуле Мериана для прямоугольного бассейна с геометрическими размерами Каспийского моря.

В п'том параграфе приведены результаты расчетов ьрострадстЕенкой структуры баротропнкх сейи Каспийского . моря по математической поцеди. Б основу модели положено числеиноое решение 'уравнения теориг мелкой еодн без учета вращеь^я Зешш ( Ьоои.'! 1978) :

I 0 1]

V ( hV „ ) « 1 --2 ( , >

где т] - уровень года вад и юзмукешэ: поверхностью h - глубина, g - ускорение свободного падают

Эт)

с граничными условиями -= О на твердой границе, где

311

К - нормаль к берегу.

Для расчетов была выбрана се пса с шагом по осям X и Y равным 40 км. Значения глубины в узлах сетки были взяты по батиметрической карте моря

Собственные колебания были рассчитаны как для всего моря, так и отдельно для бассейнов Среднего и Южного Каспия. Гасчсты показали, что большое влияние на пространственную структуру колебаний и величину отклонения свободной поверхности от навозмущенного состояния оказывает рельеф дна и очертания береговой линии. Так, собственные коле 5ания формируются в бассейнах Северного, Среднего и Южного Каспия, а также в крупных заливах и в районах моря с широкой шельфэвой зоной. Колебаниям с периодом 9,4 ч соответствует одноузловая продольная сейша бассейна Среднего и Южного Каспия с узловой линией, проходящей примерно вдоль Ашеронского порога . В мелководном Северном Каспии возникает собственное колебание соответствующее даухузловой продольной сейше. Для большей части акватории Среднего и Южного Каспия величина отклонений поверхности моря не превышает 8- IO см, однако в Казахском заливз • достигает 30 см.

Расчеты собственных колебаний для бассейна Среднего Каспия подтвердили существование продольной- одноузловой сейши с периодом 5,3 ч, что хорошо соответствует результатам спектрального анализа наблюдений за уровнем и течениями ( см. табл. I и 2). В Юзшом Каспии одноузловая продольная сейша имеет период 4,2 ч, а её узловая линия проходит несколько юяяее центральной части бассейна. В восточной его части узловая линия гадает почти меридиональное направление вдоль изобаты 50 м.

_В0_втр^)0й_глзве приводятся результата числешт^о моделирования динамики захваченных берегом волн в Среднем Каспии.'

В начала главы кратко рассмотрены основные свойства захваченных берегом волн, особенности их параметров при различных типах вертикальной стратификации вод.

Во втором параграф*, приведена результаты расчетов параметров баротропных шалъфотх. вот по модели лрэлдогсениоЯ Brink and Chapman ( 1987 ) :

au • ас

- - rv = -gH - ( 2 )

3t dl

dV dt.

- + IV = -gH - ( 3 }

Таблица I

Основные периоды колебаний уровня Каспийского моря по данным наблюдений 1967 - 1970 г.г.

Пункт Периоды Пункт Периоды

наблюдений ч наблидоний ч

Махачкала 24,4* 12,1* Вектаа 24,4 12,1

8,5* Б,3* 4,2* 7.1 4,2

Изберг 24,4 12,1 Красноводск 24,4 12,1

8,5* 5,3 4,2* 4.2*

Форт-Шев- 24,4 12,1 о. Огурчшский 24,4 12,1

ченко 8,5* 5.3 4.2* 8.6* 7.1 4.2*

Таблица 2

Основные периода изменчивости течений по данным наблюдений на ДБО В 1967 - 1978 г.г.

РаЯоя Периода Район Периода

наблюдений ч наблюдений ч

У западного 24,4* 18,2 У восточного бе- 18,2 7,1

берега тре- 12,1* 8,7* рега Юдаого Кас- 6,2 4,1*

цнего Каспия 5,7* 4,6* пия

У западного 18,2 8.7* У Юаного берега 18,2 8,2*

берега Ш- 6,0 4.3* Юкного Касщя 6,7 4,3*

вого Касгтя

ГгчЗоксвод- 18.2 6,2

ная гона Ш- 4,2*

ного Каспия

л - периода отмеченные одновременно по даии! АБС и Ж!

Рис. I Дисперсионные коивнч первых трех мод шель|явытс волн ( —.—) и бароклиннмх захваченных берегом волн (---) для западного •( А ) и восточного ( В ) прибрсжнчх тронов Среднего Нчггти

ас au av

- + — + — = о ( 4 )

at ах дг

где, U,V - составляющие течений на оси X и Y , направленные перпендикулярно и вдоль берега соответственно проинтегрированные по вертикали-, С - возмущение свободной поверхности, g -ускорение свободного падения, 1 - параметр Кориолиса. При условии, что переменные а, V, С меняются в пространстве и времени по закону expl 1( ut + 1у )1, система ( 2 ) - ( 4 ) представляет собой задачу на собственные значения для скорости или для свободной поверхности . На морской границе принималось условие экспоненциального затухания решения, на берегу - условие равенства скорости нулю. Дисперсионные кривые баротройных пельфоЕЫХ волн для шельфа у западного и восточного берегов Среднего Касшя представлены на рис I а,О, здесь частота волны нормирована на инерционную, а волновое число умножено на ширину зоны шельфа - склона < 1 >.

Установлено, что основное влияние на параметры волн вблизи критической частоты ( где групповая скорость волны обращается в ноль ) оказывают уклоны дна в зоне шельфа - склона. Групповая скорость шельфовой волны мода обращается в ноль у западного берега при о=0,56 I и при kL=4 (период волны 31 час, длина волна 94 км ). У восточного берега эти значения соответственно ' = 0.38 I, Jcl=3 ( период волны 58 час, длина волны 240 км ). Различии' дисперсионных кривых второй и третьей мод менее значительны. Волны второй горизонтальной моды ограничены частотами 0,22 - 0,24 f, а третьей мода частотами 0,17 - 0,20 Î.

Полокзние точек пересечения свободной поверхности с линией невозмущенного уровни зависит от ширины шельфа и номера моды. Для узкого шельфа у западного берега Среднего Касшя эта точка для волш первой мода находится на удалении 25 юл от берега, а у - восточного берега, где шельф шире - на удалении 35 юн. Для воле- второй горн-зонта-.люа мода у западного берега точки пересечения Ç с невозмущенным уровнем у; левы от берега на расстояние 10 и 30 км, у восточного - на 15 н 40 км.

Далее исследуется влияние вертикальной стратификации вод на параметры и структуру свободных захваченных берегом ' волн. Расчеты проведены по модели на сетке с I? слоями по вертикали и шеадей 25 точек в направлении открытого моря ВгШ; апй Clic дан ( 198? ) :

а о 1 аз?

п - iv ■ - PbR ■ . ( 6 ) ■

îv i а?

п ♦ a - - m ( 6 )

ось OZ - вертикально вверх, к - единичный вертикальный вектор, 1 = Ю + fly - параметр Кориолиса, р - параметр РоссОи , h -толщина слоя, g - ускорение свободного падения, g'= g(p< - рг) / рг tg, и tjj - тангенциальные напряжения на свободной поверхности (тангенциальное напряжение ветра), поверхности раздела и дне соответственно.

ts= paCs W |Я| ( 15 )

PiCj.IT,- -V2) (16)

V = ^2 СВ lV2l h ( 17 1

Cs , CL. Cg - постоянные коэффициенты ; pa - плотность воздуха , Pt и p2 - плотность вода в верхнем и нижнем слоях , Р - атмосферное давление, А - коэффициент горизонтального турбулентного обмена, Я -вектор скорости ветра.

В качестве граничного выбрано условие прилипания :

7i = Уг =0

В начальный момент времени жидкость находилась в состоянии покоя. Градиент атмосферного давления принимался р авным нулю. . Для численного решения уравнений ( 12 ) - ( 14 ) использовалась неявная разностная схема с применением метода переменных направлений. В конечно - разностной аппроксимации уравнений ( 12 ) - ( Н ) величины U, 7, h определялись на разнесённой сетке, соответствующей сетке " С " по классификации АгаКаиа ( 1982 ) Пространственные производные аппроксимировались центральными разностями, причём конвективные члены брались с предыдущего по времени слоя. . Расчеты осуществлялись без учета мелководных -шельфзвых областей у восточного берега Южного Каспия и Северного Каспия . В моделях использованы следующие значения параметров :

р,= IOG8 r/c$.g= I0II г/сйл ;h< =' 25 м.Ьг = 250 м ) ; I =0,976 Ю-4 с-1 ( Ф'= 42° ) , р = 1,7 1011 ьГ1 с-1 ,А = 102м2/с С3 = 1,3 10 Сь = 10~4 О В = 2,5 Ю-3

Пространственный паг сетки по осям 1 и X равнялся 10 км . Расчет проводились для двух типов полей ветра - северного и восточного. В оОоех случаях скорость ветра задавалась равной 10 м/с в первые 12 часов , а затем скачкообразно усиливалась до 20 ц/с. Посла прзкращешя ветра , действовавшего 24 часа, расчеты про-долзалзхсь в течение 128 часов в рехяме свободных колебаний.

После опшгешш ветра процесс приспособления сопровождался renepsmiGil и зполнщгай трех основных видов движения : инерционных двпЕеппй ; остаточного геострофического потока в пристеночной

области и длинноволновых движений различной природа.

Баротропные волны были представлены сейшами первой и второй горизонтальных мод. Временной анализ изменчивости течений в отдельных точках сетки для эксперимента с ветром северного направления показал, наличие колебаний с периодами около 9ч, и 3 - 4 ч, соответствующих одноузловой и двухузловой продольным сейшам . В то же время, спектральный анализ данных численного эксперимента для восточного ветра позволил выделить только движения с частотами, близкими к инерционной. Следовательно, ветры восточного направления ( поперечного для моря ) для возбувдения сейшевых колебаний несущественны, а ветры продольных направлений генери-• руют продольные сейш первой и второй горизонтальных мод.

Бароклинные волновые движения были представлены излученными волнами Пуанкаре и волнами Кельвина с различными пространственно -временными масштабами.

Генерация бароклиншх волн Пуанкаре была обусловлена следующими процессами: I. Инерционные течения в верхнем слое вблизи берега вызывали колебания поверхности раздела,в результате чего в открытое море распространялся волновой фронт со скоростью, соответствующей фазовой скорости гравитационной волны . При этом для большинства районов наибольшая энергия колебаний поверхности раздела прихо- дится на волны вблизи инерционной частоты.

2. Изменения ветрового воздействия, временной масштаб которых составлял 12 часов, вызвали колебания поверхности раздела с близким периодом.

3. Генерация бароклишшх волн в пристеночной области происходила за счет высвобождения доступной потенциальной энергии геострофи-чески несбалансированных возмущений толя плотности- Начальная частота излучения,по - видимому, зависит от величины вертикального смещения пикноклина, т.е. от интенсивности ветровою воздействия. В модели наиболее интенсивное излучение таких волн с периодом 8 -10 часов отмечено в районах с прямолинейной береговой линией, где отклонения поверхности раздела от невозмущенного состояния были максимальными. На рис. 2 хорошо видно уменьшение частоты излученных волн после прохождения волнового фронта до инерционной. Это затрудняет выявление волн на частотах выше инерционной с помощью спектрального анализа колебаний течений.

Численные эксперименты показали,что в генерации волн Кельвина важную роль играют неровности береговой линии. Во - первых, на таких участках образуются области дивергенции ( конвергенции ) потока в верхнем слое, что приводит к возмущениям поверхности И их рас-грострачену.ч! в виге волн Кельвяяэ с длииой.

'ис. 2 Временно* ход колебаний поверхности раздела и°жду

слоями в а чках, удаленных: от западного берега Среднего Каспия на - 25 км ( а ), ¡30 ки ( б), 7!5 ы» ( р ).

соответствующей линейному масштабу неоднородности береговой линии Во - вторых, образование волн Кельвина возможно в результате дифракции волн Пуанкаре на неодкородностях береговой линии . В этом случае волна Кельвина имеет такую же, как и у излученной волны частоту, а фактическая энергия, извлекаемая из системы падающих ( излученных ) волн сильно зависит от особенностей конфигурации береговой линии.

Существование вязкого пограничного слоя в пристеночной области несколько уменьшает фазовую скорость бароклинной волны Кельвина по сравнению с оценками, подученными из дисперсионного соотношения, и приводит к появлению нормальной к берегу составляющей в колебаниях скор сти Поскольку толщина верхнего слоя была небольшой, баро-кгашные волновые движения вызывали возникновение вихревых образований в воле скорости. В верхнем слое областям опускания поверхности раздела соответствовала антициклоническая завихренность, а подъему - циклоническая завихренность поля течений . Эти вихревые образования смещались, оставляя берег справа,т. е. в циклоническом относительно открытого моря направлении со скоростью около 70 см/с, что соогветствует значению фазовой скорости для бароклинной волны Кельвша , рассчитанной для модельных параметров Каспийского моря по соотношению :

/ .Е. Н?

У V Н2

где g - приведенное ускорение свободного падения, Н, я Нг -толщины слоев.

В четвертой главе для анализа натурных наблюдений динамики

длинных волн в шельфовой зоне используются данные, полученные во время экспедиции на КИС " Акватория " в июле - сентябре 1989 года, на пяти АБС расположенных вдоль восточного берега Среднего Каспия на горизонтах 5 и 18 м. Продолжительность непрерывных наблюдений за течениями и температурой с помощью приборов АЩТТ составила 1050 - 1200 час( 44 - 50 суток ) с дискретностью 15 мин, наблюдения за ветром проводились на ГМС Бекдаш, Актау и Форт -Шевченко, за уровнем моря - на ГМС Форт - Шевченко. Дискретность наблюдений за ветром и уровнем составляла 3 часа.

В изменениях скорости в приповерхностном слое доминируют инерционные колебания. Пространственный масштаб этих движений невелик -порядка первых десятков километров. Так, колебания на инерционной частоте имеют высокую когерентность только для АБС 2 и 3 располо-жеглнх в 10 км друг от друга.

Иэ спактрвх колебаний точений на всех АБС в приповерхностно«

сдое отмечены максимумы спектральной плотности на частотах 0.011 -0.014 цикл/час ( периоды 70 - 90 час ) . ЭфХективная длина волны составляет 75 - 85 км, а фазовая скорость около I км/ч ( 28 см/с ). Пространственный масштаб и фазовая скорость этой волны хорошо соответствуют параметрам шельфовой волны второй моды рассчитанным по баротройной модели . •

В изменениях скорости в придонном слое доминировали колебания с периодом 160 - 200 час. Фазовая скорость волны не превосходила 1,8 - 2,5 км/ч, а эффективная длина волны составляла 200 -250 км. Волны с такими периодами, которые могут возбуждаться колебаниями ветра с такой же частотой, отмеченной на всех ГМС, вероятно представляют собой вторую моду шельфовых волн. На это указывает небольшая фазовая скорость и, кроме того, генерация волн первой мода с такими периодами маловероятна, т.к. длина такой волны должна составлять более 800 юл, что превышает общую протяженность шельфа у восточного берега Каспийского моря.

Предполонение о резонансном возбуждении волн с периодами 160 -200 час ветровым воздействием подтверждает совместный анализ колебаний ветра на ГМС Форт - Шевченко и течения в приповерхностном горизонте АБС - I В период наблюдений с 17 июля по 9 августа колебания течений и ветра происходили с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз ( около °45 ' ), обусловленной влиянием трения. Далее происходит изменение частоты колебаний ветра, однако на протяжении ещэ 10 суток до 19 августа сохраняются колебания течений с периодом около 6 суток.

Одновременное измерение температуры воды и течений на двух горизонтах АБС - I у м. Песчаный дало возможность проследить изменение течений при развитии апвеллинга, оценить скорость восходящих движений. Пространственно - временная изменчивость апвеллинга в основной определяется ветровой ситуацией и характером рельефа дна в районе его образования. Наиболее низкие значения температуры в поверхностном слое наблюдались, в районе м. Песчаный, где рельеф для отличается наибольшей сложностью. Рассчитанная вертикальная составляющая скорости течения достигает 2 - 5"2Ю см/с, причем максимальные значения наблюдаются в период наибольшего развития компенсационного и вдольберегсвого точений.

В эгклпчешы :;пссертЁЦия сформулированы основные результаты ц итаода .

I). На основания анализа данных натурных наблюдений и численного да^елпрссания шявлепы осноЕше периода сейшевшс колебаяий 4.1 -4,5 ; 5,3 - 5,7 ; 8,3 - 8,7 ч - генерируема региональным ветроЕыи гоздеПстЕтгем. 13 Л ч - возникает под действием ггрштазообразугаш

сил и суточный ( около 24 час ) - обусловленный местной Оризовой циркуляцией. Определена пространственная структура колебаний различных мод. Показано, что влияние рельефа дна сказывается в появлении дополнительных мод, энергия которых сосредоточена в мелководных районах Северного Каспия и на шельфе у восточного берега Вжного Каспия. Размах колебаний уроненной поверхности моря не превосходит 10 - 20 см, но может достигать 25 - 30 см в заливах и у мысов.

2). Расчет параметров захваченных берегом волн в Среднем Каспии показал, что форма дисперсионных кривых баротропных шельфовых волн зависит в основном от уклонов дна в зоне шельфа и материкового склона, и ширины зоны переменных глубин. Для случая стратифицированной жидкости, даже при зимнем типе вертикального распределения частоты Вяйсяля - Брента, дисперсионные кривые захваченных волн первой моды достигают локальной инерционной частоты при длине волн 140 - 180 км. При летнем типе стратификации вод дисперсионные кривые всех ыод достигают инерционной частоты. Цри этом вертикальная структура скорости близка к наблюдаемой в Оароклинной волне Кельвина у вертикальной стенки.

3). Установлено, что рассеивание баротропных шельфовых волн на участках шельфа со сложным рельефом дна всегда носит многоходовый характер. Часть энергии падающей волны отражается в виде " коротких " шельфовых волн с обратной групповой скоростью, а часть переходит в энергию волн более высоких мод в районе рассеивания. Максимальные скорости течения наблюдаются у мористого оконечности подводного хребта. Ниже зоны рассеивания скорости течения уменьшаются в 5 - 10 раз в зависимости от частоты входящей волны.

4). На основании результатов численного моделирования показано, что в процесса приспособления моря к переменному ветровому воздействию' происходит генерация различных видов длинных волн. Бароклинные волны Пуанкаре генерируются в прибрежной зоне а) колебаниями ветрового течения в верхнем слое и б) вследствие перехода части потенциальной энергии возмущений поверхности раздела.' в энергию волн. Генерация волн Кельвина происходит на участках, где отмечаются неоднородности береговой линии ( мысы, заливы ). Пространственный масштаб волна Кельвина определяется линейными размерами этих участков, а длина шельфовых волн зависит, в основном, от протякенности участков шельфа, 'близких к прямолинейным. Скорости течений связанных с захваченными волнами достигают 15 - 25 см/с. Показано, что время, требуемое для приспособления к равновесию сил в Касписком море превосходит естественней синоптический масштаб и, следовательно, в большинстве

случаев смена синоптической обстановки над морем происходит

быстрее, чем течения выходят на стационарный режим.

б). Анализ данных натурных наблюдений за течениями, температурой воды, уровнем моря и метеорологическими характеристиками у восточного бех эга Среднего Каспия показал, что захваченные волны - один из основных факторов изменчивости течений в мезомасштабном и синоптическом диапазонах. Выделены основные параметры длинноволновых движений. В колебаниях течений на частотах ниже инерционной доминируют движения с периодами 70-90 час и 160 - 200 час и пространственными масштабами 75 - 250 км.

6). Пространственно - временная изменчивость прибрежного апвел-линга у восточного берега Среднего Каспия в основном определяется ветровой ситуацией и характером рельефа дна в районе его образования. В процессе возникновения и развития апвеллинга в верхнем экмановском слое формируется вдольбереговой поток со скоростями 35 - 40 см/с, а в нижнем -слое преобладает 'компенсационное течение к берегу с максимальными скоростями около 20 см/с. В приповерхностном слое температура вода понижается' до минимальных значений при изменении направления составляющих скорости течения на противоположное, а в придонном слое - во время их максимального развития. Рассчитанная вертикальная составляющая скорости течения достигает 2 - 5 П? см/с, причем максимальные значения наблюдаются в период наибольшего развития компенсационного и вдольба-регового течений.

Основные результаты включенные в диссертацию опубликованы в следующих работах:

1. Исследование мезомасшгабных колебаний уровня и течений в Каспийском море по данным наблюдений и численных

. экспериментов.// материалы III Всесоюзной конференции " Перспективные метода планирования и анализа экспериментов при' исследовании случайных полей и процессов", Гродно 1988.,с 80

2. о сейшах в Каспийском море.// Метеорология и гидрология, I9SO, М В, с 109 - 114 ( совместно с А.С Влатовыми и

А.Н.' Косаревнм) - •

3. Кезомасшгабше волновые . двююния з Каспийском море по данным . наблюдений н численных экспериментов. // в кн. Каспийское isope.

Структура а динамика вод. М., Наука, 1990, с 79 - 90 ( совместно с A.C. Благовым ) •

4. Численное моделирование длинных волн внутренних водоемов // Воднкз ресурса, IS5Í, JS 4, , с 89 — 97 ( совместно с А.С.Еяатовыи. В.А.Иваиовш.!, А.З. Яйковскиы) . ' .