Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

Участие в Школе молодых Участие в конкурсе молодых ученых 

XIX.E.231

Характеристики обрушения ветровых доминантных волн по данным видеосъемки

Пиваев П.Д. (1,2), Кудрявцев В.Н. (2,1), Кориненко А.Е. (1), Малиновский В.В. (1)
(1) Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
(2) Лаборатория спутниковой океанографии, Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
Доминантные волны – волны спектрального пика – содержат большую часть энергии морской взволнованной поверхности. Развиваясь под влиянием экстремальных атмосферных систем синоптического масштаба, они могут достигать аномальных высот, представляя серьезную угрозу прибрежным районам и судоходству в открытом море.

Моделирование развития таких волн, особенно в условиях сильного ветра, является приоритетной задачей. Среди источников энергии, определяющих динамику спектрального пика: нелинейные взаимодействия, приток энергии от ветра и диссипация энергии за счет обрушения – последний является единственным членом, точный вид которого остается неизвестным, что привело к появлению параметризаций, основанных на различных физических подходах (см. раздел II.4 в Komen et al., 1994). Фактически, описание диссипации за счет обрушения волн пока что имеет полуэмпирический характер. Обычно диссипационный член служит подгоночной функцией, обеспечивающей согласованность между результатами моделирования волнения и данными наблюдений . В связи с этим разработка реалистичного и физически обоснованного описания обрушения доминантных волн очень желательна и ценна как для моделирования волнения, так и для микроволновых методов дистанционного зондирования.

Целью настоящего исследования является изучение свойств барашков, образующихся в результате обрушения доминантных волн, а также изучение взаимосвязей между свойствами этих барашков, скоростью ветра и свойствами самих волн. Основным методом измерения обрушения волн является видеосъемка морской поверхности в видимом диапазоне электромагнитного спектра. Различение между барашками доминантных волн и барашками более коротких ветровых волн производится по скорости их прямолинейного движения, т. е. согласно подходу О. Филлипса (Phillips, 1985).

В настоящей работе обрабатываются и анализируются данные, полученные во время осенних экспериментов в 2013–2015, 2018 и 2019 годах на черноморской океанографической платформе, расположенной в 400 м. от берега в районе пгт. Кацивели, Крым. Видеосъемка поверхности сопровождалась синхронными измерениями волн и скорости ветра. Скорость ветра после фильтрации массива данных лежала в диапазоне 8.7–18.1 м/с, а обратный возраст волн в диапазоне от 1.6 до 6.0.

На основе измеренных кинематических характеристик барашков (длина, площадь, скорость движения) строились спектральные распределения их длин и относительной площади покрытия поверхности. По этим распределениям рассчитывались интегральные характеристики обрушения доминантных волн, которые впоследствии сравнивались со скорость ветра, обратным возрастом волн и крутизной доминантных волн.

Было обнаружено, что вклад доминантных волн в долю поверхности моря, покрытой барашками, зависит от степени развитости волнения и может меняться от 55.5% до 69.3%, когда волны молодые, и от 0.3% до 3.2%, когда волны более развитые. Доля поверхности моря, покрытой барашками доминантных волн, обнаруживает пропорциональность крутизне волн в степени 6. Такой показатель степени согласуется с результатами недавнего исследования (Kudryavtsev et al., 2021), а также с параметризацией диссипации, используемой в модели WAM.

В работе предлагается полуэмпирическая модель для доли поверхности моря, покрытой барашками ветровых волн, в которой производится описание обрушения доминантных волн и волн равновесного интервала по отдельности.

Данное исследование было выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках проектов № 21-17-00236 (получение данных) и №. 21-47-00038 (обработка и анализ данных) и государственного знания 0555-2021-0004.

Ключевые слова: обрушение волн, ветровые волны, видеосъемка морской поверхности, спектральный пик, доминантные волны
Литература:
  1. Komen, G.J., Cavaleri, L., Donelan, M., Hasselmann, K., Hasselmann, S., Janssen, P.A.E.M. Dynamics and Modelling of Ocean Waves, Cambridge University Press, Cambridge, MA, USA, 1994.
  2. Kudryavtsev, V., Yurovskaya, M., Chapron, B. 2D parametric model for surface wave development under varying wind field in space and time. Journal of Geophysical Research Ocean. 2021, 126.
  3. Phillips, O. Spectral and statistical properties of the equilibrium range in wind-generated gravity waves. J. Fluid Mech. 1985, 156, pp. 505–531.

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов