Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Прогноз нагонных и сгонных уровней в дельте р. Северной Двины

ВАК РФ 11.00.00, Географические науки

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Марютин, Т. П., Ленинград

О Г 1 А В Д- Е Н И В

стр.

Ир е д и с ж о в а е.........♦................. 1

1, Опыт зарубежных: стран в прогнозах уровня приливных морей и основные установка да прогноза уровня в Белом море........................... 4

2Ф Правила предостережений об экстрем-но-енооких нагонных уровнях в Архангельске и приближенный прогноз полных вод............................. .44

3. Уравнения прогноза полных вод в

Архангельске /Соломбале/ в Период

нагонов,при открытом руслелр, CL

Двины и ее стоке меньшем ;мЮ м /сеж... .70

4. Уравнения прогноза нагонных и сгонных уровней в Архангельске /йоломбале/.............................80

5* Прогноз уровня в Молотовске............. 107

п р в д ис'-д" о" 1 и-е

Проблема прогноза непериодических колебаний уровня в приливных морях й устьях ps£ в связи со с^оительством новых портов ж реюнструщжей существующих,приобрела в последнее время вполне

актуальное значен&е» Введу того ,что методика подобного рода прогнозов была совершенно неизвестт в СССР и слабо изучена в зарубежных странах,в ГЬсударственном Гидрологическом Институте в "1938 р. была предпринята разработка темы: "Исследование неперио-' дачесйшсх/жгонно-сгонных / колебаний уровна в дельте р.С.Двины ^целью ах прогноза"* ^

Тема имзла задачей разработать научда^босновви^яыда оперативно-удобную и независящую от прогнозов погода методику прогнозов дагонно-сгонных уровней в дельте р. С «Двигай

В результате разработки, теми,законченной в 1939 г* бшш. получены достаточно точнее а простые расчетные уравнения для краткосрочного прогноза уровня в Архангельске,а затем и в Моло-товске» Положенную в основу прогнозов методику можно признать принципиально общей для всяких* приливных морей* ь настоящее врем в ГШ,эта методика применяется при изучении нагонно-сгонных уровней с целью их прогноза - в дельте р. Печеры,а в 1940 г. эта же методика при нашей консультации с успехом бшш применена- в Арктической институте для прощозов уровня в Арктических морях.

В настоящем тош содержатся,составляющие одно целое, пять отдельных рао'от,выюлнявшахся нами последовательно в процес се разработка темы»%и работы следуйте;

V Опыт зарубежных стран в прогнозах уровйй пршшваых

морей в основные" установки для прогноза уровня в Белом море»

2/ Правила предостережений об экстренно-высоких нагонных уровнях в Архангельске и приближенный прогноз полных водй.

- ош вкшштш стан в -.прогнозах швт

прмбньос мошг и. оснобнш готшовва .

ДЛЯ ПРОГНОЗА УРОВНЯ в Ведом юре

1.3 в е д е н и е

Вопросы правильного - прогноза уровня в портах Белого

< • ■

моря в настоящее Еремя приобретают вполне актуальное значе-ние.йсяа еще не так давно,на вопросы прогноза уровня в прибивных мо£ях.'СССР вообще и в Ьелом море в частности,не обращалось долшо го внимания,то это обстоятельство мото обпяода?б . в ..помимо трудности прогноза непериодических колебаний уров-ня^также и малой значимостью в то время этих прогнозов» Действительного начала Советской власти и развернутого социалистического строительства, в СССР насчитывалось только два .....крупных порта в области прилившее морей - Архангельск и Владивосток. Однако Архангельский порт, будучи*расположен в глубине

дельты р#С^ваш,не такы<о страдал от вагонных уровней,бколь-' ко от весеннего паводка,почему режим нагонно-сгонных явлений, представлявших меньший интерес,чем режим весеннего паводка,не < изучался вовсе «Во Владивостокском порту изучение нагонов и сгонов уровня не осуществлялось доводимому ,аз-эа трудности этой задачи.

' В настоящее время положение вещей изменилось • Действительно^ приливных ыорях,омывающих границы СССР, возник ло много новых и реконструировано прежних крупных портов,как t например,My |жанский,Онежский,,Беломорский,Кандалакшский ,порты

Сибири а Восточных морей*цля которых редам на гоно-сгонных уровней приобретает большой интерес ^Особенное значение про-

исключительно по линий отыскания закономерностей инерции водной массы,не сразу поддающейся анемобарическш воздействия

Вследствие указанной инерции проходит некоторый промежуток в ре ьши,порядка 6-12-18 часов,который и обеспечивает возможно

сть прогноза»Несомненно,что поскольку бдат продвигаться вперед успехи синоптической метеорологии ж прогнозов погоды/ атм»давлеяия и ветров /,постольку будет возрастать и дол

осрочность прогноза иепериодических колебаний уровня»

В дальнейшем мы остановимся только на методике про то зов уровня,основанной на инерции водно! масса»

2,Обзор методика прогноза непериоди- , ческиж колебаний уровня в дршшв-ных морях зарубежных стран*

Из рада авторов зарубежных стран>азвеетных своими, исследованиями в области непериодических колебании уровня и их прогноза в приливных морях,следует отметить ш.Ортта Oztt БЛульца / ofh. ^ф^/^^ас/ос/%

ilia рута / <S Vja maguiif % Леверкинда / ^eweb/fiv/c /, . Дудоона /оЯ- & о о о!son/ % Дайнса /?/. JkbineS. /,Е.Шулще ...

/S. ы

Приводим наиболее существенные моменты из работ, перечис ленных авторов* ' *

направлений, #4 -козфицаент,зависящий щ давленая воздуха

пра ветрах равных направлений»

Для коэфицаентов Я », R, $ , а ft 8,:

Ортт приводам таблиц,с шелоншш: значениями указанные

коэфицжешговзав ас амос га от шправленая. ветра /для 16 румбов /.

Бруно Шульц ,также,как а Ортт,исследовал, влаяния местного »етра а давленая воздуха на вровень в Остедце а Зее^рюгге по материалам наблюдена^ 1913 - гг /2/» В ре^льтат^ исследована® он установил игра уравнения для Остенде /также Зеебрюгге /, в которые связывает п вред-най мшовенный уровень вода R / см#наже/ с салой а направлением ветра; 1/' наблюдавше гося одновременно с уровнем,

^/преобладавшего за В часа до подвема /спада/ урбвна и

8/ тоже пра аскшченш давленая воздуха, Тал уравнений

-1,

для всех случаев одинаковый:* Для пршмера приводим уравне-

нае для третьего случая /Остевде/;

h = 209 +----^ - 19В°/........./ 3/

г!.,О

где; ^ -средний" мгновенный уровень в см, (У - скорость ветра в m/g а об' - азимут шправленая ветра ,считаемый через восток ,209- ср/ много лета, уровень в см а 19^ -нейтральное надравленае ветра,т,е» направление ветра,не вызывающее на гонно-сровных колебаний уровня*

В заключенае Б. Шульц отмечает,что вшеденнш им зависимости нужно уточнать,праняв во внимание ветры сев. часта Северного моря» ; +

Дудсон /3/ исследовал связь непериодическая колебаний уровня в Ньюлиае и Ливерпуле с давлением воздуха

Мошо положить,что у- = sin £ и J. , = 4 cos 6,„.. ,/7/ • Is выражений / 7/вьигекаеи,Щ!о:

Уравнение /4/ может быть представлено в виде:

t ■

Z-Z * I / В-Ё/ * чХЕ - * .........../

Bropoi а третий члены правой части этого у равнения ,со гласно выражениям /6 / а / 7 / можно записать гак; t

JlE+ft-^ - JLGCosY + jnGStnf яС/ЛСовУ

/ * 6" Я /Со s у, Cos&t S;» у Si* е/ .-5. /9

После поцстИки последнего выражения в уравнение /4/, получается уравнение / 5/•

Пользуясь приведеннши сравнениями /4 / и / 3 /»Дудсон установит / по серии наблюдений за март 1918г,/,что для пунктов,расположенных: на берегах Англии и Ирландии, непериодические колебаний уровня мало зависят от местных ветра

Последнее ясно усматривается из рис Л ,на котором, шнеаены в

<■ ■ <; ■ * *

воде векторов направление и скорость / в относительном, масштабе / наиболее эффективных на гошм ветров для 7 пункта Английского и Ирландского побережий - Нькшша,Корка,ГЪл-лагеда,Дивердула,БелБфастаДанбара и Феликстщ.ш рисунка ездно,что,например,для Данбара и Феликстоу,расположенных

С ' \ " - . ' ' . - .

на восточном берегу Англии, ветры при нагош2£уровня дуют с берет*

В своих Счислениях Дуде он связывал давление и его

градиенты 1 ,взятые по 7-ш часовому сроку наблюдений-,®^

со средним игно&енным уровнем Ь 12часов,

принимал запаздывание действия метеорологических факторов

+) здесь и ниже д^од градиентами подразумевается значения £ а X ^равнения /4/. :

Рис. /

Наиболее эффективные нагонные ветры в Англ ни и Ирландии (по Дудсону'J

В ночь с 6 на 7 января 1928 г. ^следствие под"ема уровня в моренолучилось катастрофическое наводнение в Лондонегв связи с чем правительствен Англии было предав-жщо Ливерпульскому Институту Приливов Метеорологической службе ^ieieozot Office / й другим, научным учреждениям Англии исследовать природу Темзинских наводнений с цель© установления повторяемости этих явлений и их прогноза»,

Указанные^ вопросы исследовали Дудеон /Институт Приливов / а Дайне /Отдел прошозов Метеорологической '

службы/.

Для изучения природы наводнений в Темзе ,дудсон вццелия все значительные нагонные подмемы уровня в Сау-тецце /ДО ж от устья реки /1 начиная с 19 И г, А и разбил их на три класса по высоте нагона /4 /. Затем он класси-< фицировал: анемобарнческие условия»вызывающие: нагоны уров--ня в Темзе на 4 типа, из этих типов, в частности наибольшие подмены уровня вызывают следующие; г/циклон,образую-ащея ш запада от шскЕлацциигд еремещащийся на Балтику ,с'

ветрами поворачивающими с Ш на 03 и С'/также условия сопутствовала нагону 6-7 января 1928 р./ и 2/ геострофичес-

ше устойчивые 03 ветры в Оеверном море .Далеко рн проследил

на основании собранных им данных ^полученных из различных

учреждений Англии,Голладдии,Бельгии и др.с транпрохождение

нагонной волны при наиболее типичных нагонах /всего б с луча

Рис. 2 Наблюденные и предвычнсленные непериодические колебания уровня в Ньюлине - наблюденные колебания ----- - предвычнсленные колебания

и C4)+V: V в Норвежском море /60° с.ш. 0° д./, 2/ местной /устье Темзы/ а В/ .в Атлантике к юру от Ирландии /^с.ш. 10° з.д./.Результаты анализа,в общем, достаточно удовлетворительно увязалась с е неуказанными вше исследованиями по прохождению циклонов и волн на года ,а именно,что : 1/ наиболее эффективные,вызывающие нагон уровня в Темзе,ветры в Норвежском море направлены от

G3-G с запаздыванием их действия на под "ем уровня в Темз* в 12 часов,2/ в Атлантике /50° с.ш»,10°з.д./ таким ветром

является восточный с запаздыванием тоже около 12 часов а 3/ месшный / в Северном море/ ведер направлен от ОСВ и действует на под "ем уровня почти мгновенно /т.е. без запаздывания/.Иришнив к указанНш направлениям аффективных ветров Экмаяовскую теорию течений ,Дудсон,удачно об"я-сняет нагоны и с гоны уровня в гемзе .В частности,со гласно

этой теории,003 ветер в Норвежском море должен вызывать дваженае в оды,направляющееся на юг вдоль восточного береге Англии,что а подтверждается в действительности.

В последней части своей работы,Дудсон дроияшодит оценку вероятности катастрофических наводнений в Лондоне, путем применения теории вероятностей и находит,что вероят ноеть наводнений в Лондоне типа наблюдаете госа 6-7 января 192В г. с оставляет, примерно*, один раз в 60 лет.

*) См .предыдущую сноску.

Треугольник да&леная воздуха для fluc.3. Уаи&бург с кого порта

Время запаздывания колебаний уровня по отношению

кдейеащщим на это причйнш^Э.Щульще определил рав-

наи 5-1Л часам, /в среднем 8 часов/ для полной воды и 10-16 час, / в среднем 13 часов/ да малой.

Сравнение предвычислендах уровней с наблюденными, указывает на возможность прогноза уровня ео средней ошибкой* 17 см+\. На рис.4 приведен ход наблюденного

а предаычисленного по фор^лш к а В доддора уровня малой воды в январе 1981 г»

^ - ч..........:

Из приведенного краткого обзора зарубежных исследований непериодических колебаний уршня в приливнж морях,мошо заключить,что главными моментами, в этиж исследованиях являются с ледащие: 1/ отделение непериодических колеоаний уровня от его общих колебаний,2/ оцен-

*

ка влияния на уровень вода местных ветров разных скоросюз и направлений , 3/ нахождение области, анемобарическах

воздействий на непериодические колебания уровня, определение времени запаздывания непериодических колебаний уровня от действующие на них причин и 5/ выяснение типичных. анемобарических. условий,сопу тствурдиж, нагонам ж сшвам уровня.

В дальнейшем мы остановимся несколько подробнее на перечисленных моментах*

*) Следует отметить,что в момент разработки Э#шульт< -це его йе!?ода/1УЗЗг#/ прогнозы уровня в Шмбурге дававшиеся только для полной воды по карте погоды, имели среднюю ошибку * 40 смД'аким образом,метод Э» Шультце уменьшает зту"ошибку более ,чем в 2 "раза*

; наблюденных величин, и получал "кривые подпора" отдевь^-но для полных и малых вод» '

Однако,так как точно предеычасленные перю-дические колебания уровня имеются для немногих пункте^

ВЕчас1наотш при исследованиях Дудсона она имелись только для Даверпула,Ньтняа а Саутедца, то для других пунктов,для которых надета вычисленные периодические колебания отсутствовали /Дэнбар,Голихэд,Корк и др»/,Дуо;-сон находил "кривы© остатков" путем предложенного им "особого метода" /<SpecioPrwflod/*эгот метод основан на свойствах синуосвды, в . которой ординаты /при оси абдисс, совпадающей со средней линией синусоиды /взятые череа фазу кривой / примерно 12 часов/ будут одинаковы^ взятые через половину фазы /со 6 ч*/,будут равны по велищ не;но различны по ж&ЩШ знаку,

исходя as атих свойств^Дудсон,имея кривую хода наблюденного уровня ,соединял точщ,рас положенные на ней через 12 водных часов,например,высоте уровня в 2 ч» а 14 ч»,и. получал соответствующую плавную, кривую»

Далее на этом же графике он наносил вторую кривую по точкам отвечающим моментам времена,отстоящим

на 6 воднш часов от соответствующих моментов времена первой кривой,т,е* в 0 ч» а 20 ч. В ©тих точках Дуде он

*) Следует отметать,что для 1Ьмбурга,вследотше наслоения на волны,зависящие от астрономических прачан еейшеобразных колебаний а др^обстоятельств,гармонический ашлиз да§т неудовлетворительные результаты, почему для этого пункта высоты полных а малых вод предвычйслены методом негармонического анализа /метод Леооока/ по 18-летней сераа наблюдений /1901-1919ггд

Как видно аз приведенного ,оба специальных способа Дудсона могут быть применены дашь при правильном полусуточном типе приливов.Пра отступлении формы приливной кривой,от правильно^ синусоиды метод должен быть ввдоизме-нен*

Вруно Шульц,не имея точно предвычисленных кривых для Остевде и Зеебрюгге,построил кривую среднего мгновенного уровня,вычисляй средний мгновенный уровень для каждого часа ливной фазы по формуле:

.h • .------1------/ * * '.•..,••+'4,/

где: / -искомый уровень,а и т.д. -уровни в,

0,1,2 и т.д. водные часы приливных суток ,симметричных относительш часа искомого уровня*

Следует иметь в виду,что шкнм бы способом и как бы точно не были определены непериодические колебания уровня,

но если при этом не будут точно предвачислены его периодические колебания,то прогноз уровня не может быть дан,вполне точно* Поэтому,одной из основных и гландах, задач при

прогнозах уровня в приливных морж является точное предвычи-- слеше периодических /приливншс/ колебаний уровня»

й» Ощила влияния на уровень воды местных

^ ветров разных скоростей а направлений»

дту задачу Ортт и Б.Шульц решают путем-, сопоставления подиема и спада уровня g ветрами разных направлений для

> •• -у '

ящ условий .Оба автора ,впрочем,отмечают ,чео путем связи уровня только с таким ветром и давлением воздуха, задача

ими решена в первом прнбяшшнии»

Следует,однако ,отметить,что как у Ортта ,так и у в.Шудьца связь уровня с местным течешш ветром а давлением воздуха получилась }в общем,не плохая/чему способствовало го обстоятельство .что местные ветры на бель гай* 4 Ч • Ч ' ■■ - ■ ■ ■■■ . ■ Л ......■■■■'■.......

оком и голландском побережьях совпадают по, знаку с действием ре рщотльнах ветров в Северном море»

Йдая. картина получается для воеточногоберега

Англии Довдон,®еликстоу ,Дэнбар/, вде при ветрах ,дующих с берета,наблюдается подъемы уровня,т.е. ще эффект местного точечного и региональных ветров в ©ев .море имеет разные знаки и связь уровня с шстнш ветром является малоудовлвтворитедьяой*Поэтому Дудсон ищет решение задачи в установлении связи колебаний уровня е региональными условиями и решав® ее подбором ^рассматривая различные области влияния,например ,для Лондона влияние:

1/ местных»!, е* ближайших к пункту наблюдений ,у с ловий. /ветра и давления/ , 2/ атлантических условий и 3/ условий

в районе Норвежского коря,а такшз сопоставляв! эти условия

в различных комбинациях дру г с дру гом,например, мес тное

давление воздуха и ветры Атлантика а т.п. /см.выше/,.....

Нри этом,для суждения об удовлетворительности выбора той

или иной области влияния он судит по величине козфициента корреляций в соответствующих уравнениях связи» Величину

Ьйлаати влияния он определяет "крестом осей" северного a

восточного градиентов с длинами осей креста по 1000 км.

следует, изменить или увеличить область влияния ,дооавляя новые треугольники давлений, т.е.-также, как и Дуде он, о.Шультцв предлагает решать, задачу выбора области влвя-ииа^ШабОЕШк.

,. ,1)мшм образом,выбор области- анемобарических. воздействий. мозяет -бшь произведен путем, подбора,опираюсь,

разумеется,при выборе на анемо барические у о довш^ гео графическое расположение исследуемого аорта а конфагу -рацию прилегающего района моря. . ..ч

г.Определение времени запаздывания'-'» . " непериодических колебаний уровня •■'.: от действующих ш них1 причин. '' ' "

Современные краткосрочные п