Особенности Генерации Поверхностных Волн Внетропическими Циклонами в Северной Атлантике на Основе Спутниковых Измерений и Моделирования

Приводятся результаты исследования особенностей полей волн, генерируемых внетропическими циклонами (ВЦ) в северной Атлантике на основе спутниковых измерений (альтиметры Sentinel-3A, Sentinel-3B, Jason-3, CryoSat-2, AltiKa, и РЛ комплекс CFOSAT-SWIM) и моделирования с использованием 2D параметрической модели (Kudryavtsev et al. 2021). Ежечасные поля ветра в Северной Атлантике определялись по данным реанализа модели NCEP/CFSv2. Для исследования выбраны два ВЦ, которые наблюдались в период с 11 по 14 февраля 2020 года. Центры циклонов и их траектории определялись по ежечасным полям приземного давления. Первый циклон (ВЦ №1) появился утром 11 февраля 2020 года на западе бассейна и двигался на восток, пока утром 13 февраля 2020 не достиг Ирландии. Второй циклон (ВЦ №2) также появился на западе бассейна в полдень 12 февраля 2020 года и далее двигался на северо-восток. Достигнув в полдень 14 февраля 2020 года 60-ого градуса с.ш., ВЦ №2 потерял форму циклона и превратился в струйный поток вдоль юго-восточного побережья Гренландии.
В контексте генерации волн, внетропические циклоны (в отличии от тропических) и, в частности, ВЦ№1 и ВЦ№2, являются быстродвижущимися циклонами, т.е. выполнение условий резонанса между групповой скоростью генерируемых волн и скоростью движения циклона – невозможно (Kudryavtsev et al. 2021; Bowyer and MacAfee 2005; Dysthe and Harbitz 1987; Young 1988; Young and Vinoth 2013; Hell et al. 2021). Автомодельные решения генерации волн в движущемся циклоне (Kudryavtsev et al. 2021) предсказывают, что для наблюдаемых ВЦ, максимальные высоты (SWH) и длины генерируемых волн должны появляться в заднем правом секторе циклона на расстояниях 1,5-2 радиуса максимального ветра. Несмотря на отсутствие группового резонанса, ветровые волны в быстро двигающемся циклоне находятся под воздействием ветра большее время, чем в стационарном. В этом случае высоты волн в ВЦ могут значительно превышать значения, которые можно бы ожидать при заданной скорости ветра и радиусе циклона.
Анализ данных измерений SWH альтиметрами Sentinel-3A, Sentinel-3B, Jason-3, CryoSat-2, AltiKa и CFOSAT-SWIM показал, что высоты волн в наблюдаемых ВЦ достигают 18м. Самые высокие волны наблюдаются на расстояниях 1,5-2 радиуса максимального ветра в секторе от -170 до -120 градусов относительно к направлению ВЦ.
Продукты второго уровня данных CFOSAT-SWIM, предоставляют информацию о длине и направлении волн спектрального пика. Измерения показали, что длины волны генерируемых ВЦ могут превышать 500 м. Волны генерируемые ВЦ, излучаются в субарктические моря в виде зыби.
Результаты измерений проанализированы совместно с данными моделирования по 2D параметрической модели (Kudryavtsev et al. 2021), где ежечасные поля ветра NCEP/CFSv2 использованы в качестве входного параметра. В целом, получено количественное соответствие между модельными расчетами и измерениями. Результаты моделирования позволили глубже понять механизмы и особенности генерации поля волн движущимися циклонами, и определить критерии формирования аномально высоких волн.

Финансирование:
Результаты, представленные в данной работе, получены при финансовой поддержке Российского Научного Фонда, грант № 21-47-00038, и госзадания Министерства науки и образования № 0763- 020-0005 и госзадание № FNNN-2021-0004 МГИ РАН.