Морской гидрофизический журнал. 2020; 36: 261-276
Исследование сейшевых колебаний в смежных бухтах на примере Севастопольской и Карантинной бухт
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-3-261-276Аннотация
Цель. Изучение структуры сейшевых колебаний в системе смежных бухт реальной конфигурации.
Методы и результаты. На основе численной конечноэлементной модели ADCIRC исследован отклик Севастопольской и Карантинной бухт Черного моря на возмущения уровня на удаленной открытой границе, содержащие набор случайных гармоник в интервале собственных периодов этих бухт. Численные эксперименты проведены для трех интервалов периодов возмущений, полученных на основе аналитических оценок: 30–52 мин, 8–30 мин, 1–15 мин. Для обеих бухт выделены энергонесущие периоды сейшевых колебаний, и исследовано взаимное влияние бухт друг на друга.
Выводы. Воздействие указанных возмущений приводит к генерации в бухтах мод сейшевых колебаний. Для Севастопольской бухты их периоды составляют 48; 22; 16; 10; 6 мин, для Карантинной бухты – 11,4; 4,8 мин. Количество генерируемых мод определяется интервалом периодов возмущений. Бухты оказывают взаимное влияние друг на друга за счет обмена энергией колебаний через свои входы. Это влияние выражается в проникновении колебаний каждой из бухт в соседнюю бухту. При этом интенсивность собственных мод Севастопольской бухты, проникающих в Карантинную бухту, может превосходить интенсивность собственных мод Карантинной бухты. Сейши с наибольшими амплитудами в обеих бухтах вызываются возмущениями, периоды которых лежат в интервале 30–52 мин.
Список литературы
1. Гидрологический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов / В. А. Иванов [и др.] / Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. 90 с.
2. Сейши в Севастопольской бухте / Ю. Н. Горячкин [и др.] // Труды Украинского научноисследовательского гидрометеорологического института. 2002. Вып. 250. С. 342–353.
3. Течения в Севастопольской бухте по данным ADCP-наблюдений (июнь 2008 года) / А. Н. Морозов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 3. С. 31–43.
4. Чехов В. Н., Лушников В. Ф. К оценкам сейш в бухтах Крыма методом конечных элементов // Динамические системы. 2015. Т. 5 (33), № 1–3. С. 93–102.
5. Михайлова Э. Н., Шапиро Н. Б. Моделирование циркуляции и пространственной структуры термохалинных полей в Севастопольской бухте с учетом реальных внешних данных // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 2. С. 60–76.
6. Белокопытов В. Н., Кубряков А. И., Пряхина С. Ф. Моделирование распространения загрязняющей примеси в Севастопольской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 5–15. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-5-15
7. Проект «Моря СССР». Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. IV. Черное море. Вып. 1. Гидрометеорологические исследования. СПб. : Гидрометеоиздат, 1991. 429 c.
8. Рабинович А. Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. СПб. : Гидрометеоиздат, 1993. 325 с.
9. Балинец Н. А., Хмара Т. В. Явление тягуна в Севастопольских бухтах // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. Вып. 14. С. 179–187.
10. Манилюк Ю. В. Сейши и тягун в Севастопольской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2018. Вып. 3. С. 4–12. doi:10.22449/2413-5577-2018-3-4-12
11. Манилюк Ю. В., Лазоренко Д. И., Фомин В. В. Резонансные колебания в системе смежных бухт // Морской гидрофизический журнал. 2019. № 5. С. 423–436. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-423-436
12. Coupling between two inlets: Оbservation and modeling / P. L.-F. Liu [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans, 2003. V. 108, iss. C3. 3069. doi:10.1029/2002JC001478.
13. Nakano M., Fajimoto N. Seiches in Bays Forming a Coupled System // Journal of the Oceanographical Society of Japan. 1987, V. 43, iss 2. P. 124–134. URL: 43020124.pdf (date of access: 28.05.2020).
14. Инфразвуковые колебания Японского моря / Г. И. Долгих [и др.] // Океанология. 2011. Т. 441, № 1. С. 98–102.
15. Собственные колебания уровня воды в бухтах залива Посьета Японского моря / Г. И. Долгих [и др.] // Метеорология и гидрология. 2016. № 8. С. 57–63.
16. Долгих Г. И., Ковалев Д. П., Ковалев П. Д. Возбуждение сейш подо льдом акватории порта Охотского моря // Доклады Академии наук. 2019. Т. 486, № 4. С. 482–486.
17. Luettich R. A., Westerink J. J., Scheffner N. W. ADCIRC: An Advanced Three-Dimensional Circulation Model for Shelves, Coasts and Estuaries; Report 1: Theory and Methodology of ADCIRC-2DDI and ADCIRC-3DL (TR-DRP-92-6). U.S. Army Corps of Engineers, Waterways Experiment Station, Vicksburg, Mississippi, 1992, 137 p.
18. Luettich R. A., Westerink J. J. Formulation and Numerical Implementation of the 2D/3D ADCIRC. Finite Element Model Version 44.XX. 2004. 74 p. URL: https://adcirc.org/files/2018/11/adcirc_theory_2004_12_08.pdf (date of access: 01.09.2019).
19. Фомин В. В., Лазоренко Д. И., Иванча Е. В. Численное моделирование сейш в Балаклавской бухте // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2017. № 3. С. 32–39.
20. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Fomina I. N. Numerical Modeling of Water Exchange through the Kerch Strait for Various Types of the Atmospheric Impact // Physical Oceanography. 2017. iss. 4. P. 79–89. doi: 10.22449/1573-160X-2017-4-79-89
21. Манилюк Ю. В., Фомин В. В. Сейшевые колебания в частично замкнутом бассейне // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2017. № 3. С. 73–83.
22. Rabinovich A. B. Seiches and Harbor Oscillations. Chapter 9. Handbook of Coastal and Ocean Engineering / Ed. Y. C. Kim. Singapoure : World Scientific Publishing, 2009, P. 193–236. https://doi.org/10.1142/9789812819307_0009
23. Рабинович М. И., Трубецков Д. И. Введение в теорию колебаний и волн. М. : Наука, 1984. 432 с. URL: https://studfile.net/preview/407893/ (дата обращения: 01.09.2019).
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2020; 36: 261-276
Investigation of Seiche Oscillations in the Adjacent Bays by the Example of the Sevastopol and the Quarantine Bays
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-3-261-276Abstract
Purpose. The paper is aimed at studying the seiche structure in the adjacent bays' system of real configuration.
Methods and Results. The ADCIRC numerical model was used for simulating and studying response of the Sevastopol and the Quarantine bays (the Black Sea) to the sea level fluctuations formed by a number of random oscillation harmonics within the range of the eigen periods in the bays. The numerical experiments were performed for three ranges obtained from the analytical estimates: 30–52, 8–30 and 1–15 min. The energy-bearing periods of seiche oscillations were revealed for both bays and their mutual influence was studied.
Conclusions. The above mentioned wave disturbances lead to generation of the seiches oscillations in the bays. For the Sevastopol Bay, their periods are 48, 22, 16, 10 and 6 min, for the Quarantine Bay – 11.4 and 4.8 min. The number of the generated modes is determined by the interval of the wave disturbance periods. The bays have a mutual influence on each other due to the wave energy exchange through their entrances. At that intensity of the eigenmodes of the Sevastopol Bay penetrating the Quarantine Bay can exceed intensity of those of the Quarantine Bay. In both bays, the seiches with the largest amplitudes are induced by the disturbances, the periods of which are in the interval 30–52 min.
References
1. Gidrologicheskii rezhim Sevastopol'skoi bukhty i ego izmeneniya pod vozdeistviem klimaticheskikh i antropogennykh faktorov / V. A. Ivanov [i dr.] / Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2006. 90 s.
2. Seishi v Sevastopol'skoi bukhte / Yu. N. Goryachkin [i dr.] // Trudy Ukrainskogo nauchnoissledovatel'skogo gidrometeorologicheskogo instituta. 2002. Vyp. 250. S. 342–353.
3. Techeniya v Sevastopol'skoi bukhte po dannym ADCP-nablyudenii (iyun' 2008 goda) / A. N. Morozov [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2012. № 3. S. 31–43.
4. Chekhov V. N., Lushnikov V. F. K otsenkam seish v bukhtakh Kryma metodom konechnykh elementov // Dinamicheskie sistemy. 2015. T. 5 (33), № 1–3. S. 93–102.
5. Mikhailova E. N., Shapiro N. B. Modelirovanie tsirkulyatsii i prostranstvennoi struktury termokhalinnykh polei v Sevastopol'skoi bukhte s uchetom real'nykh vneshnikh dannykh // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2005. № 2. S. 60–76.
6. Belokopytov V. N., Kubryakov A. I., Pryakhina S. F. Modelirovanie rasprostraneniya zagryaznyayushchei primesi v Sevastopol'skoi bukhte // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. T. 35, № 1. S. 5–15. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-5-15
7. Proekt «Morya SSSR». Gidrometeorologiya i gidrokhimiya morei SSSR. T. IV. Chernoe more. Vyp. 1. Gidrometeorologicheskie issledovaniya. SPb. : Gidrometeoizdat, 1991. 429 c.
8. Rabinovich A. B. Dlinnye gravitatsionnye volny v okeane: zakhvat, rezonans, izluchenie. SPb. : Gidrometeoizdat, 1993. 325 s.
9. Balinets N. A., Khmara T. V. Yavlenie tyaguna v Sevastopol'skikh bukhtakh // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2006. Vyp. 14. S. 179–187.
10. Manilyuk Yu. V. Seishi i tyagun v Sevastopol'skoi bukhte // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2018. Vyp. 3. S. 4–12. doi:10.22449/2413-5577-2018-3-4-12
11. Manilyuk Yu. V., Lazorenko D. I., Fomin V. V. Rezonansnye kolebaniya v sisteme smezhnykh bukht // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2019. № 5. S. 423–436. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-423-436
12. Coupling between two inlets: Observation and modeling / P. L.-F. Liu [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans, 2003. V. 108, iss. C3. 3069. doi:10.1029/2002JC001478.
13. Nakano M., Fajimoto N. Seiches in Bays Forming a Coupled System // Journal of the Oceanographical Society of Japan. 1987, V. 43, iss 2. P. 124–134. URL: 43020124.pdf (date of access: 28.05.2020).
14. Infrazvukovye kolebaniya Yaponskogo morya / G. I. Dolgikh [i dr.] // Okeanologiya. 2011. T. 441, № 1. S. 98–102.
15. Sobstvennye kolebaniya urovnya vody v bukhtakh zaliva Pos'eta Yaponskogo morya / G. I. Dolgikh [i dr.] // Meteorologiya i gidrologiya. 2016. № 8. S. 57–63.
16. Dolgikh G. I., Kovalev D. P., Kovalev P. D. Vozbuzhdenie seish podo l'dom akvatorii porta Okhotskogo morya // Doklady Akademii nauk. 2019. T. 486, № 4. S. 482–486.
17. Luettich R. A., Westerink J. J., Scheffner N. W. ADCIRC: An Advanced Three-Dimensional Circulation Model for Shelves, Coasts and Estuaries; Report 1: Theory and Methodology of ADCIRC-2DDI and ADCIRC-3DL (TR-DRP-92-6). U.S. Army Corps of Engineers, Waterways Experiment Station, Vicksburg, Mississippi, 1992, 137 p.
18. Luettich R. A., Westerink J. J. Formulation and Numerical Implementation of the 2D/3D ADCIRC. Finite Element Model Version 44.XX. 2004. 74 p. URL: https://adcirc.org/files/2018/11/adcirc_theory_2004_12_08.pdf (date of access: 01.09.2019).
19. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Ivancha E. V. Chislennoe modelirovanie seish v Balaklavskoi bukhte // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon morya. 2017. № 3. S. 32–39.
20. Fomin V. V., Lazorenko D. I., Fomina I. N. Numerical Modeling of Water Exchange through the Kerch Strait for Various Types of the Atmospheric Impact // Physical Oceanography. 2017. iss. 4. P. 79–89. doi: 10.22449/1573-160X-2017-4-79-89
21. Manilyuk Yu. V., Fomin V. V. Seishevye kolebaniya v chastichno zamknutom basseine // Ekologicheskii vestnik nauchnykh tsentrov Chernomorskogo ekonomicheskogo sotrudnichestva. 2017. № 3. S. 73–83.
22. Rabinovich A. B. Seiches and Harbor Oscillations. Chapter 9. Handbook of Coastal and Ocean Engineering / Ed. Y. C. Kim. Singapoure : World Scientific Publishing, 2009, P. 193–236. https://doi.org/10.1142/9789812819307_0009
23. Rabinovich M. I., Trubetskov D. I. Vvedenie v teoriyu kolebanii i voln. M. : Nauka, 1984. 432 s. URL: https://studfile.net/preview/407893/ (data obrashcheniya: 01.09.2019).
