Климатология ветрового волнения - взгляд из космоса

Современные базы данных спутниковой альтиметрии (GlobWave, Aviso и др.) содержат данные о состоянии океана за несколько десятилетий и позволяют исследовать волновой климат океана и его долгопериодные тенденции. Принципиальной особенностью этих данных является то, что только один параметр – высота волнения – измеряется напрямую. Оценки периода волнения и скорости приводного ветра могут быть получены с помощью эмпирических моделей, как правило, путем калибровки и верификации по подспутниковым измерениям. Однако полученные таким образом параметрические зависимости дают оценки наиболее вероятных значений в отличие от физических моделей, оценивающих мгновенные величины в рамках принятых гипотез и приближений. Кажущееся малосущественным различие эмпирического и физического подхода может существенно влиять на результат климатических оценок характеристик волнения.

В качестве методической основы построения климатологии морского волнения по данным спутниковой альтиметрии рассмотрена физическая модель крутизны волнения, использующая результаты современной теории слабой (волновой) турбулентности. Модель оперирует горизонтальным градиентом высоты волнения как непосредственно измеряемой альтиметром физической величиной. Показаны принципиальные отличия этой модели от традиционно используемых параметрических схем в отражении динамических и статистических характеристик волнения. В то время как физическая модель отражает вероятности состояний волнового поля, параметрические модели дают наиболее вероятные значения. Таким образом, использование различных подходов существенно детализирует климатологические построения.

В работе проведен сравнительный анализ современных климатологий ветрового волнения, основанных на спутниковой альтиметрии, попутных судовых наблюдениях и результатах моделирования. Показана хорошая согласованность параметров ветрового волнения по всем источникам данных и разным моделям на климатическом масштабе в терминах наиболее вероятных величин. На основе данных спутниковой альтиметрии высказана гипотеза об универсальности распределений характерной крутизны волн (независимости средних значений от района океана). Указано на возможности анализа сезонной изменчивости ветрового волнения по данным спутниковой альтиметрии.
Рассмотрены перспективы создания комбинированного Атласа ветрового волнения, в котором будет обеспечена равномерная пространственно-временнaя плотность данных за счет использования различных типов информации и, соответственно, воспроизведены достоверные и более точные поля характеристик волнения.