|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Исследование режимных и экстремальных характеристик ветрового волнения в море Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском морях по данным численного моделирования (РНФ)НИР
Analysis of regular and extreme wind waves in the Laptev, East Siberian and Chukchi Seas according to numerical modeling data
- Руководитель НИР: Архипкин В.С.
- Ответственный исполнитель: Мысленков С.А.
- Участники НИР: Круглова Е.Е., Мысленков С.А., Рыбалко А.Д.
- Подразделение: Кафедра океанологии
- Срок исполнения: 13 января 2023 г. - 31 декабря 2024 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 23-27-00239
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Глобальные и региональные изменения окружающей среды и общества
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: связанность территории Российской Федерации
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Рубрики ГРНТИ:
- 37.25.21 Ветровые, длинные неприливные и внутренние волны
-
Ключевые слова:
ветровые волны, штормовая активность, восточно-сибирское море, северный морской путь, моделирование волнения, чукотское море, море лаптевых
east siberian sea, laptev sea, storm activity, northern sea route, wind waves, chukchi sea, wave modeling -
Описание:
Целью проекта является изучение особенностей волнового режима моря Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского морей
-
Abstract:
The aim of the project is to study the features of the wave climate of the Laptev, East Siberian and Chukchi seas. These seas are covered with ice for most of the year, however, in recent decades, due to the warming of the Arctic and changes in the ice regime, the duration of the ice-free period has increased significantly, which leads to an increase in the fetch and a more intense development of wind waves. At the moment, information about the wave climate of these seas is very scarce: there is only one article on modeling for 2000-2015 (the Laptev Sea was not considered), a number of works are based on short series of satellite data, or an analysis of associated ship observations of low quality. In connection with the development of the Northern Sea Route, the annual increase in cargo turnover and active economic activity, it is very important to analyze the regime and extreme characteristics of the wave regime of these seas, especially over the past decade. The wave climate includes a description of the main parameters of wind waves for a long period of time (30-40 years), the average and maximum values, their spatial, interannual and seasonal variability are analyzed. Determination of wave parameters will be carried out using the numerical spectral wave model WAVEWATCHIII. A detailed study of wave processes in coastal areas will be implemented through the use of an original unstructured computational grid, which allows achieving a high concentration of computational nodes in the coastal zone and optimizing the use of computing resources. The data sets on wind speed and direction obtained from the most modern atmospheric reanalyses ASRv2, ERA5 and NCEP / CFSR / CFSv2 will be used as data on the wind, which is the driving force of wind waves. The model calculations will be verified by comparing them with the measurements of satellite altimeters. Thus, as a result of the project, a database of wind wave parameters (significant wave height, wave length and period, their direction, as well as wave energy transfer) in the Laptev Sea, East Siberian and Chukchi Seas will be obtained, covering the period from 1979 to 2021 biennium In turn, the analysis of information from this database will make it possible to determine and clarify the characteristic features of the wave climate of the Laptev, East Siberian and Chukchi Seas and the peculiarities of its variability, as well as to reveal the relationship between changes in the wave regime and changes in atmospheric circulation and changes in ice conditions from 1979 to 2021. In the course of the study, special attention will be paid to wave processes along the route of the Northern Sea Route, and for its different options. Knowledge of regime and extreme characteristics, prevailing wave heights, periods, wave direction is very important for planning marine operations and various marine economic activities. The obtained data on the characteristics of wind waves at the end of the project will be placed in the public domain on the Internet in the previously created Web Atlas.
-
Планируемые результаты:
2022 База данных параметров ветрового волнения в море Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском морях на основе модели WAVEWATCH III для периода с 1979 по 2020 год. Оценка качества численных расчётов на основе сравнения с данными измерений. Оценки сезонной и межгодовой изменчивости, карты пространственного распределения параметров волнения. Описание волнового климата моря Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского морей 2023 Оценки повторяемости количества штормов в море Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском морях. Оценки высоты волн редкой повторяемости возможные 1 раз в 1,5,10,20,50, 100 лет. Описание климатических трендов в параметрах ветрового волнения. Описание пространственной и временной изменчивости ветрового волнения вдоль трассы Северного морского пути. Онлайн доступ к базе данных параметров ветрового волнения и потока волновой энергии на основе данных моделирования. Особенности климатических спектров ветрового волнения в исследуемых морях
- Добавил в систему: Архипкин Виктор Семенович
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 13 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Исследование режимных и экстремальных характеристик ветрового волнения в море Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском морях по данным численного моделирования ((РНФ) |
| Результаты этапа: Выполнены расчеты параметров ветрового волнения в море Лаптевых, Чукотском и Восточно-Сибирском морях выполнен при помощи спектральной волновой модели третьего поколения WAVEWATCH III версии 6.07. В модели применялась схема генерации волн за счет передачи энергии ветра ST6, для расчета нелинейных взаимодействий использована упрощенная схема DIA, для учета влияния льда схема IC0, в которой при сплоченности льда более 0.5 узлов сетки считается покрытым льдом. Для учета воздействия придонного трения используется схема JONSWAP, где диссипация волновой энергии зависит от отношения фазовой и групповой скоростей волн и глубины. Спектральное разрешение модели составляет 36 направлений (т. е. с шагом 10° по направлению), частотный диапазон σ – 36 интервалов от 0.03 до 0.843 Гц. Общий шаг по времени для интегрирования полного уравнения волнового баланса составляет 15 минут, шаг по времени для интегрирования функций источников и стоков волновой энергии 60 секунд, шаг по времени для передачи энергии по спектру 450 секунд. Данный выбор продиктован конфигурацией вычислительной сетки: максимальным и минимальным расстоянием между узлами. При моделировании волнения использовались данные о ветре и концентрации льда с шагом по времени 1 час из реанализа NCEP/CFSR (1979–2010 гг.) c пространственным разрешением ~0.3° и реанализа NCEP/CFSv2 (2011-2021 гг.) с разрешением ~0.2°. Вычисления проводились на созданной неструктурной триангуляционной сетке, состоящей из 36176 узлов. Данная сетка покрывает акваторию моря Лаптевых, Чукотского и Восточно-Сибирского морей, а также часть Северного Ледовитого океана. Для прибрежной зоны исследуемых морей шаг сетки составляет около 800 м, а в открытой части около 10–15 км. В результате проведенных расчетов была создана база данных ветрового волнения для исследуемых морей. Для каждого узла вычислительной сетки получены характеристики ветрового волнения за каждые 3 часа с 1979 по 2021 год (всего 43 года). Далее для каждого узла сетки вычислялась средняя высота значительных волн (в те периоды, когда присутствует лед, высота волны считалась как 0 и учитывалась при вычислении среднего), максимальная высота волн и 95-й перцентиль. Такие же статистические параметры вычислялись для периода (T01) и средней длины волны. Для оценки качества волновой модели было произведено сравнение результатов моделирования с данными наблюдений за волнением, выполненных в 2012 году на станции NDBC №48213. Коэффициент корреляции составил 0.95, систематическая ошибка -0.05 м, среднеквадратическая ошибка 0.27 м, коэффициент рассеяния 0.16. Для дополнительной оценки качества были использовали данные спутника CFOSAT. Часть спутниковых данных была отфильтрована (удалена) из анализа, при наличии флагов плохого качества или если точки находились ближе, чем в 15 км от берега или кромки льда. Расстояние между парами сравниваемых точек из волновой модели и спутника составляло не более 13 км. С июля по декабрь 2019 года было собрано более 79 000 точек высоты волн со спутника для всей вычислительной области. Результаты оценок качества, основанных на спутниковых данных CFOSAT, показаны на рис. 3. Коэффициент корреляции равен 0.89, систематическая ошибка -0.05 м, а среднеквадратическая ошибка 0.32 м. Индекс рассеяния равен 0.25. Полученный результат соответствует аналогичным оценкам, например, для Карского моря. Далее было получено описание волнового климата исследуемых морей. В море Лаптевых средняя высота волн составляет 0.1–0.3 м. В Восточно-Сибирском море – 0.1–0.2 м. В Чукотском море – от 0.2 до 0.7 м. Такие небольшие значения для средней высоты волн получены из-за того, что большую часть года моря покрыты льдом, и высота волн равна нулю. Более высокие средние значения на юге Чукотского моря наблюдаются из-за более мягких ледовых условий по сравнению с другими морями. В море Лаптевых максимальная высота волн составляет 5–6 м. В Восточно-Сибирском море – 6–7 м. В Чукотском море – 7–7.5 м. Высота значительных волн 95-го перцентиля меняется от 0.5 до 2.5 м для исследуемых морей и является удобным параметром для анализа штормового волнения. В море Лаптевых высота значительных волн 95-го перцентиля составляет около 1.5 м, а в Чукотском море – 2.5 м. Средняя длина волн составляет около 8–12 м для моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря. В Чукотском море средняя длина волн составляет 12–26 м. Значения среднего многолетнего периода – от 1 до 2.5 секунд. Значения очень небольшие, так как во время присутствия льда все характеристики волн равны 0. Поэтому для длины и периода волн чаще используют ассоциированные с высотой волн значения. Для большей наглядности рассмотрим 95-й перцентиль средней длины и среднего периода волн. Период волн 95-го перцентиля в море Лаптевых составляет 4.5–5 секунд, в Восточно-Сибирском море – 4–5 секунд, Чукотском море – 5.5–6 секунд. Длина волн 95-го перцентиля в море Лаптевых составляет 45–55 м, в Восточно-Сибирском море 40–55 м, в Чукотском море 65–70 м. Проанализирована межгодовая изменчивость среднегодовой (по всему году) высоты значительных волн и среднегодовой высоты значительных волн для безледного периода. В море Лаптевых для высоты волн наблюдается положительный тренд как для всего года, так и для безледного периода. Средняя высота волн увеличилась от 0.2 до 0.4 м, что связано с большей длительностью безледного периода в последние годы. Однако, при анализе высоты волн для безледного периода, наблюдается незначимый положительный тренд от 1 до 1.1 м. В Восточно-Сибирском море тренды для высоты волн положительные и значимые как для всего года, так и для безледного периода. Приблизительно до 2002 года в этой точке в отдельные годы открытая вода вообще отсутствовала. После 2002 года длительность безледного периода существенно увеличилась, что и привело к росту средней высоты волн. Также существенно увеличилась высота волн в безледный период от 0.4 до 1.4 м, что может быть связано как с увеличением разгона, так и с увеличением скорости или изменением направления ветра. В Чукотском море тренды для высоты волн положительные и значимые как для всего года, так и для безледного периода. Для всех рассматриваемых морей можно отметить, что с 2017 по 2021 год идет стабильное уменьшение средней высоты волн. Это особенно хорошо выражено в Восточно-Сибирском и Чукотском морях. Предварительный анализ показал, что средняя скорость ветра для этих точек уменьшается. Это подчеркивает важность климатических исследований параметров ветрового волнения, так как межгодовая изменчивость довольно высокая. | ||
| 2 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Исследование режимных и экстремальных характеристик ветрового волнения в море Лаптевых, Восточно-Сибирском и Чукотском морях по данным численного моделирования ((РНФ) |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".