Непараметрический анализ ветровых волн и зыби
доцент, к.ф.-м.н. Е.А. Ильюшина
В последнее время при изучении влияния океана на возникновение катастрофических экстремальных явлений в прибрежных районах рассматривается не только влияние прямых локальных, но и удаленных косвенных геофизических воздействий. Удаленные воздействия представляются через крупномасштабные поля различных величин, однако влияние на возникновение экстремальных (региональных) явлений в прибрежной зоне оказывают флуктуации этих полей, чей характер локален, а место возникновения случайно. Естественно возникает вопрос о наличии в крупномасштабных эмпирических данных для таких полей каких-либо сигналов о явлениях регионального масштаба. Наибольший интерес вызывают экстремальные явления, однако статистические данные для них не всегда представлены в достаточном для анализа объеме. Поэтому на первом этапе представляется целесообразным прибегнуть к более изученным периодически наблюдаемым региональным явлениям, например, явлению прибрежного апвеллинга.
Апвеллинг, или подъём — это процесс, при котором глубинные воды поднимаются к поверхности. Наиболее часто это явление наблюдается у западных границ материков, где более холодные, воды из глубин океана перемещаются к поверхности, замещая более тёплые поверхностные воды. Определенную роль в формировании апвеллинга играет рельеф дна. Подобная дивергенция вод может происходить, в том числе и вследствие воздействия больших циклонических вихрей и сопутствующих им сильных штормов. Сложная картина вертикального перемещения вод пока еще слабо изучена.
Было проверено предположение о причинной связи между выходом в поверхностные слои холодных вод и интенсивностью прибрежного ветрового волнения у северо-западного побережья Приморья, в районе полуострова Крильон.
При анализе полей ветра применялся Атлас волнения и ветра Японского моря в 1968 году. Согласно проанализированным в спутниковым данным наиболее часто холодные воды у восточного и северо-восточного побережья Приморья появляются в октябре, когда увеличивается повторяемость сильных северо-западных ветров.
Заметим, что очевидная несинхронность данных может привести к уменьшению достоверности выводов о ветровой природе апвеллинга у побережья Приморья.
Мы сопоставили карты ТПО у побережья Приморья, представленные на сайтах ЕСИМО и NOAA National Environmental Satellite, Data, and Information Service, на первой из них приведены результаты глобального анализа ТПО за декаду 8-18 октября 2011г., вторая — соответствует 11 октября того же года, причем поле температуры дается в цветовой шкале.
Уже визуальное сравнение показывает, насколько быстро и с каким большим градиентом происходит изменение ТПО. Среднее за декаду значение ТПО почти на десять градусов отличается от значения в один из дней, по которым проводилось усреднение. Отчасти это может быть связано с тем, что точность представленных значений существенно зависит от возможностей аппаратуры конкретных спутников, а также от алгоритмов, по которым из характеристик спутниковых сигналов пересчитываются параметры океана и атмосферы над ним. Однако, в соответствии с предположением о ветровой природе апвеллинга, определяющим фактором подобной изменчивости ТПО являются относительно высокие значения продолжительности и повторяемости ветров в этот период.
Публикации:
- Ilyushina E. A., Evlanova V. A., Dushin V. R. Evidence for scaling behavior of some oceanic characteristics according to surface and space observation data // Acta Astronautica. — 2013. — Vol. 83. — P. 1–5. DOI
- E.A. Ilyushina, V. A. Evlanova, N. N. Smirnov, K. P. Koltermann Non-parametric analysis of the large-scale height fields for wind waves and swell // Vestnik Moskovskogo Universiteta, Seriya 5: Geografiya. — 2013. — no. 3. — P. 49–53.
- Е.А. Ильюшина, В. А. Евланова, Н. Н. Смирнов, П. К. Колтерманн Непараметрический анализ крупномасштабных полей высоты ветровых волн и зыби в океане // Вестник Московского университета. Серия 5: География. — 2013. — № 3. — С. 49–53.
Видео штормового моря на Черном море (Анапе)
Купание в море во время шторма очень опасно. Обычно довольно трудно преодолеть зону бурунов и попасть в открытое море, где можно относительно спокойно держаться на воде, поднимаясь и опускаясь при прохождении каждой волны. Гораздо труднее уставшему человеку снова попасть на берег через преграду из рушащихся и пенящихся волн. Его то и дело относит обратно в море. Были случаи, когда здесь тонули даже люди, умевшие неплохо плавать. Поэтому-то на городских и санаторных пляжах и вывешивают во время шторма таблички с предостерегающими надписями. Уместно напомнить здесь, что все животные, медузы, морские блохи и другие организмы уходят перед штормом из опасной прибойной зоны, чайки улетают на берег, однако можно видеть, как некоторые люди избирают время шторма для того, чтобы демонстрировать свою «храбрость», качаясь на волнах.
Огромна сила ударов волн о берега и сооружения. Вблизи Сочи она превышает 100 тонн на квадратный метр. При таких ударах возникают всплески высотой в несколько десятков метров. Колоссальная энергия прибойных волн расходуется на раздробление горных пород и перемещение наносов. Без воздействия волн выносы рек скатывались бы постепенно на глубину, волны же возвращают их к берегу и заставляют перемещаться вдоль него. Например, вдоль кавказского побережья Черного моря идет постоянный поток наносов. От Туапсе до Пицунды волны перемещают 30 — 35 тысяч кубических метров наносов в год.
Там, где есть пляж, волны теряют большую часть своей энергии. Там, где его нет, они разрушают коренные породы. В период Великой Отечественной войны размыв берега южнее порта Сочи достигал 4 метров в год. Сразу же после окончания войны были начаты берегоукрепительные работы в этом районе, и размыв побережья прекратился.
Вдоль кавказского побережья моря проходит железная дорога. В прибрежной зоне построены санатории, театры, морские вокзалы и жилые дома. Поэтому берега моря надо охранять от размыва. Лучшей защитой в этом отношении является пляж, где волны разрушаются, не доходя до берега. Для закрепления пляжей сооружаются буны и подводные волноломы. Эти сооружения препятствуют движению гальки вдоль берега в другие районы и уходу ее в глубь моря. Так нарастает пляж.
Бывают ли на Черном море волны цунами, вызываемые землетрясениями, как у нас на Дальнем Востоке? Цунами бывают, но очень слабые. Они регистрируются только приборами и даже не ощущаются человеком.
На какую глубину распространяются обычные волны? Уже на глубине 10 метров они меньше, чем на поверхности, а на глубине 50 метров совсем незаметны. Может быть, в глубинах царит покой, которого ничто не нарушает? Нет, это не так. Там существуют свои, так называемые внутренние волны. От поверхностных они отличаются своими размерами (десятки метров в высоту и километры в длину), да и причины происхождения их иные. Возникают они, как правило, на границе раздела двух слоев с разными плотностями. Хотя на поверхности они не видны, но подводные лодки во время такого «подводного шторма» сталкиваются с большими трудностями.
И еще вопрос, который часто интересует молодежь, отдыхающую на море, почему у нас не практикуется серфинг — езда на прибойной волне. Дело здесь в том, что условия развития волн на Черном море иные, чем в океане, где этот спорт практикуется. У нас прибойные волны под влиянием больших уклонов дна быстро разрушаются, это не дает возможности долго скользить на волне.
Заметили ошибку или неактуальную информацию? Пожалуйста, сообщите нам об этом
Виды морских волн
Существуют классификации явления по следующим признакам:
- зарождение (приливные, ветровые, от движения судов и другие);
- силы, пытающиеся вернуть водные частицы в состояние устойчивости;
- местонахождение в слоях воды;
- форма, длина, перемещение в пространстве.
Ветровые
Виновник их появления — сильный ветер. Величина напрямую зависит от мощи ветра.
Когда ветер ослабевает или прекращается совсем, на морской поверхности появляется зыбь — продолжение колебания по инерции.
Внутренние
Появляются под водой. На это влияют разная плотность, степень солености, температура воды. Волновые колебания образуются в том месте, где различные слои воды соприкасаются.
Впервые о них заговорил ученый из Норвегии Нансен, когда проводил исследования за полярным кругом.
Внутренние волны могут быть выше поверхностных в несколько десятков раз, но их скорость ниже. Они обладают мощной разрушительной силой, опасны для подводных лодок, причалов, портовых построек.
Барические
В тех местах, где нередки циклоны, быстро меняется давление в атмосфере, образуются барические волны-одиночки. Проходя несколько сотен километров от того места, где образовались, они с огромной разрушительной силой внезапно обрушиваются на берег.
В 1935 году девятиметровая барическая волна ударила по берегу штата Флорида. Погибли несколько сотен человек. Такие явления часто случаются на индийском, японском, китайском побережьях.
Сейсмические
Подводные землетрясения, извержения вулканов, разломы земной коры на дне океанов вызывают образование сейсмических волновых колебаний. Сначала они не слишком большие, но по мере приближения к берегу становятся огромными. Их называют цунами.
Приливные
Образуются из-за приливов и отливов, вызываемых Луной. В месте зарождения они не выше двух метров, но приближаясь к берегу, вырастают до 18 м на Северном побережье Атлантики и до 13 м у берегов Охотского моря.
Стоячие (сейши)
Возникают в бухтах, заливах и в отдельных морях. Название сейши (фр. «раскачиваться») упомянул ученый из Швейцарии Франсуа-Альфонс Форель. Зарождение стоячих столбов воды с гребнем является следствием землетрясений, но ветер также причастен к их образованию.
Морская волна, гонимая ветром, сталкивается с той, что вернулась после удара о берег, — так образуются стоячие волны. Их величина зависит от рельефа берега и глубины водоема.
Волны-убийцы
Основная статья по этой ссылке.
Их называют странствующими чудовищами. Чаще всего они возникают в океанах.
Еще полвека назад морякам, рассказывающим о сильных волнах на море: крупных, небывалой высоты, — никто не верил. Научные теории о колебаниях воды в морях и океанах не фиксировали водных столбов выше 21 метра. Позднее участились случаи встреч с громадным водным чудовищем, высота которого превышала 25 метров, поэтому пришлось признать факт существования таких волн.
Факторы, влияющие на их появление, до конца не изучены, объяснения существуют на уровне гипотез.
Почему на море волны
Морская стихия завораживает и не оставляет никого равнодушным. Море и волны — картина, на которую можно смотреть вечно. Недаром известное полотно художника И.К. Айвазовского «Девятый вал» надолго притягивает и не отпускает взгляд.
“Девятый вал”
Морские волны возникают, когда соединяются (сцепляются) между собой частицы воздуха и воды. Сначала воздух скользит по воде, вызывая зыбь, а позже начинают вздыматься тонны воды.
Колебания водной поверхности на море или океане через определенные интервалы времени принято называть волнами.
Гребень — самая высокая точка волны, а место ее образования — подошва. Временной промежуток от одного гребня до другого или от подошвы до подошвы — волновой период. Расстояние между двумя гребнями называют длиной волны.
Существует немало объяснений причин, из-за которых образуются волны в морях и океанах:
- скачки давления в атмосфере;
- приливы, отливы;
- землетрясения, происходящие в морских глубинах;
- извержения вулканов;
- движение судов;
- ветер, дующий с огромной силой.
Чтобы представить, как появляются морские волны, необходимо понимать, что вода начинает колебаться только под физическим воздействием, принудительно.
Где самые большие волны в мире
Общепризнанным местом самых крупных волн в мире является деревушка Назаре, расположенная на побережье Атлантики, где живут португальские рыбаки.
Летом это место ничем не отличается от обычного курорта, куда съезжаются множество туристов. В зимний период народу не убавляется: прибывают серферы-экстремалы, люди, желающие увидеть морских гигантов 30-метровой высоты.
Назаре
Такие огромные столбы воды — явление редкое, не считая волн-убийц и цунами.
Волнующееся море — удивительное явление природы. Шум прибоя успокаивает, приводит в порядок мысли и чувства. Морская стихия очаровывает красотой и в то же время пугает бессилием человека перед величием природы.