Морской гидрофизический журнал. 2020; 36: 367-382
Межгодовая изменчивость параметров режима ветра и волнения Черного моря
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-4-367-382Аннотация
Цель. Цель работы – исследование климатических тенденций в колебаниях среднегодовых и среднемесячных полей значительных высот волн смешанного волнения, ветрового волнения, зыби, а также скоростей ветра по всей акватории Черного моря.
Методы и результаты. На основе численных расчетов модели MIKE 21 SW получены поля значительных высот волн смешанного волнения, ветрового волнения и зыби за период с 1979 по 2018 г. Долговременный анализ полей скорости ветра проведен на основе данных атмосферного реанализа ERA-Interim. Статистическими методами оценены линейные климатические тренды в колебаниях среднегодовых и среднемесячных значительных высот волн и средних скоростей ветра.
Выводы. Основной особенностью климатической изменчивости среднегодовых полей значительных высот волн на акватории Черного моря является хорошо выраженная пространственная неоднородность. В западной части моря наблюдается снижение штормовой активности. Для восточной части характерно увеличение значительных высот волн. Статистически достоверные положительные тренды в колебаниях значительных высот волн наблюдаются в широкой прибрежной полосе от юго-восточного побережья Крыма до побережья Грузии. За последние 40 лет волны зыби усилились в районе турецкого побережья восточнее Синопа и на морской акватории, прилегающей к Керченскому проливу. Наибольший рост среднемесячных высот волн смешанного волнения наблюдается в марте в восточной части моря и составляет 0,5–0,6 см/год. Этому значению соответствует рост средних скоростей ветра на ∼0,025 м/с/год. В ноябре наблюдается снижение штормовой активности в западной части моря, что выражается в уменьшении среднемесячных значительных высот волн на 0,8 см/год. Уменьшение среднегодовых высот волн со скоростями ∼0,08 см/год наблюдается в юго-западной части Черного моря. Вся восточная часть моря подвержена усилению штормовой активности с увеличением среднегодовых высот волн в полях смешанного и ветрового волнения на 0,10–0,15 см/год. Указанные особенности являются отражением климатических колебаний средних скоростей ветра с характерным ослаблением ветра в западной части моря (0,010–0,015 м/с/год) и усилением в восточной (0,015–0,020 м/с/год).
Список литературы
1. The WAM model – a third generation ocean wave prediction model / The WAMDI Group //Journal of Physical Oceanography. 1988. Vol. 18, iss. 12. P. 1775–1810.https://doi.org/10.1175/1520-0485(1988)018<1775:TWMTGO>2.0.CO;2
2. Tolman H. L. A third-generation model for wind waves on slowly varying, unsteady, andinhomogeneous depths and currents // Journal of Physical Oceanography. 1991. Vol. 21,iss. 6. P. 782–797. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1991)021<0782:ATGMFW>2.0.CO;2
3. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions:1.Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999.Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622
4. MIKE 21 Wave Modelling. MIKE 21 Spectral Waves FM: Short description. Horsholm :DHI, 2007. 14 p. URL: https://www.mikepoweredbydhi.com/-/media/shared%20content/mike%20by%20dhi/flyers%20and%20pdf/product-documentation/short%20descriptions/mike21_sw_fm_short_description.pdf (date of access: 03.07.2020).
5. Wave modelling – The state of the art / L. Cavaleri [et al.]; The WISE Group // Progress inOceanography. 2007. Vol. 75, iss. 4. P. 603–674. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2007.05.005
6. Система оперативного прогноза ветрового волнения Черноморского центра морскихпрогнозов / Ю. Б. Ратнер [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 5. С. 56–66.doi:10.22449/0233-7584-2017-5-56-66
7. Variability of the nearshore wave climate in the Eastern part of the Black Sea / Y. Saprykina[et al.] // Pure and Applied Geophysics. 2019. Vol. 176, iss. 8. P. 3757–3768.https://doi.org/10.1007/s00024-019-02143-1
8. Akpinar A., Ponce de León S. An assessment of the wind re-analyses in the modelling of anextreme sea state in the Black Sea // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2016. Vol. 73.P. 61–75. https://doi.org/10.1016/j.dynatmoce.2015.12.002
9. Rusu L. Assessment of the wave energy in the Black Sea based on a 15-Year hindcast withdata assimilation // Energies. 2015. Vol. 8, iss. 9. P. 10370–10388.https://doi.org/10.3390/en80910370
10. Wind waves in the Black Sea: results of a hindcast study / V. S. Arkhipkin [et al.] // NaturalHazards and Earth System Sciences. 2014. Vol. 14, iss. 11. P. 2883–2897.https://doi.org/10.5194/nhess-14-2883-2014
11. Akpinar A., Ihsan Kömürcü M. Assessment of wave energy resource of the Black Sea basedon 15-year numerical hindcast data // Applied Energy. 2013. Vol. 101. P. 502–512.https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.06.005
12. Aydoğan B., Ayat B., Yüksel Y. Black Sea wave energy atlas from 13 years hindcasted wave da-ta // Renewable Energy. 2013. Vol. 57. P. 436–447. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.01.047
13. Galabov V. On the wave energy potential of the Bulgarian Black Sea Coast // 13th SGEMGeoConference on Water Resources. Forest, Marine and Ocean Ecosystems: SGEM2013Conference Proceedings, June 16-22, 2013. Varna, Bulgaria, 2013. P. 831–838.doi:10.5593/SGEM2013/BC3/S15.003
14. Мысленков С. А., Шестакова А. А., Торопов П. А. Численное моделирование штормово-го волнения у северо-восточного побережья Черного моря // Метеорология и гидрология. 2016. № 10. P. 61–71.
15. Полонский А. Б., Фомин В. В., Гармашов А. В. Характеристики ветрового волненияЧерного моря // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. 2011. № 8. С. 108–112.
16. Rusu E. Wave energy assessments in the Black Sea // Journal of Marine Science and Technology. 2009. Vol. 14, iss. 3. P. 359–372. https://doi.org/10.1007/s00773-009-0053-6
17. Validation of the WAMC4 wave model for the Black Sea / Z. Cherneva [et al.] // Coastal Engineering. 2008. Vol. 55, iss. 11. P. 881–893. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2008.02.028
18. Divinsky B. V., Kosyan R. D. Spatiotemporal variability of the Black Sea wave climate inthe last 37 years // Continental Shelf Research. 2017. Vol. 136. P. 1–19.https://doi.org/10.1016/j.csr.2017.01.008
19. Akpınar A., Bingölbali B., Van Vledder G. Ph. Long-term analysis of wave power potential inthe Black Sea, based on 31-year SWAN simulations // Ocean Engineering. 2017. Vol. 130.P. 482–497. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.12.023
20. Rusu L. The wave and wind power potential in the western Black Sea // Renewable Energy.2019. Vol. 139. P. 1146–1158. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.017
21. Aydoğan B., Ayat B. Spatial variability of long-term trends of significant wave heights in the Black Sea // Applied Ocean Research. 2018. Vol. 79. P. 20–35.https://doi.org/10.1016/j.apor.2018.07.001
22. Akpınar A., Jafali H., Rusu E. Temporal variation of the wave energy flux in hotspot areas of the Black Sea // Sustainability. 2019. Vol. 11, iss. 3. 562. https://doi.org/10.3390/su11030562
23. Divinsky B. V., Kosyan R. D. Climatic trends in the fluctuations of wind waves power in the Black Sea // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2020. Vol. 235. 106577.https://doi.org/10.1016/j.ecss.2019.106577
24. Divinsky B., Kosyan R. Parameters of wind seas and swell in the Black Sea based on numerical modeling // Oceanologia. 2018. Vol. 60, iss. 3. P. 277–287.https://doi.org/10.1016/j.oceano.2017.11.006
25. Сопоставление скорости ветра над Черным морем по спутниковым и метеорологиче-ским данным / А. В. Гармашов [и др.] // Известия Российской академии наук. Физикаатмосферы и океана. 2016. Т. 52, № 3. С. 351–360. doi:10.7868/S0002351516030044
26. MAROS: A Decision Support System for Optimizing Monitoring Plans / J. J. Aziz [et al.] //Groundwater. 2003. Vol. 41, iss. 3. P. 355–367. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2003.tb02605.x
27. Wind velocity and wind curl variability over the Black Sea from QuikScat and ASCAT satellite measurements / A. Kubryakov [et al.] // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 224.P. 236–258. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.01.034
28. Репетин Л. Н., Белокопытов В. Н. Режим ветра северо-западной части Черного моряи его климатические изменения // Экологическая безопасность прибрежной и шельфо-вой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидро-физика, 2008. Вып. 17. С. 225–243.
29. Гидрометеорологические условия морей Украины. Том 2: Черное море / Ю. П. Ильин[и др.]. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. 421 с.
30. Ефимов В. В., Анисимов А. Е. Климатические характеристики изменчивости поля ветрав Черноморском регионе – численный реанализ региональной атмосферной циркуля-ции // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47,№ 3. С. 380–392.
31. Изменчивость толщины перемешанного слоя в Черном море и ее связь с динамикой води атмосферным воздействием / А. А. Кубряков [и др.] // Морской гидрофизическийжурнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 449–468. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-449-468
32. Non-linearities, regime shifts and recovery: The recent influence of climate on Black Seachlorophyll / A. McQuatters-Gollop [et al.] // Journal of Marine Systems. 2008. Vol. 74,iss. 1–2. P. 649–658. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2008.06.002.
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2020; 36: 367-382
Interannual Variability of the Wind-Wave Regime Parameters in the Black Sea
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2020-4-367-382Abstract
Purpose. The paper is aimed at studying climatic trends in variability of the average annual and aver-age monthly fields of significant wave heights of the mixed and wind waves, swell and the wind speeds in the Black Sea region.
Methods and Results. Based on the MIKE 21 SW numerical model, the significant wave heights’ fields of the mixed and wind waves, and also swell were obtained for the period from 1979 to 2018. Long-term wind velocity changes were analyzed using the ERA-Interim reanalysis data for the same period. Linear climatic trends in the average annual and average monthly variability of the significant wave heights and the average wind speeds were evaluated by the statistical methods.
Conclusions. The main feature of climatic variability of the significant wave height fields in the Black Sea is the pronounced spatial heterogeneity. In the western part of the sea, decrease in storm activity is observed. The eastern part is characterized by increase of the average significant wave heights. Statistically significant positive trends in fluctuations of the significant wave heights are observed in the coastal area from the Crimea southeast coast to the Georgia coast. Over the past 40 years, swell waves have intensified near the Turkish coast (to the east of Sinop) and near the Kerch Strait. The largest increase of the average monthly heights of mixed waves is observed in the eastern part of the sea in March and amounts 0.5–0.6 cm/year. This corresponds to increase of the average wind speeds by ~0.025 m/s/year. In November, decrease of storm activity is observed in the western part of the sea that is expressed in diminution of the monthly average values of the significant wave heights by 0.8 cm/year. Decrease of the average annual wave heights by ~0.08 cm/year is observed in the south-western part of the Black Sea. On the contrary, the whole eastern part of the sea is subject to the in-creased storm activity accompanied by growth of the average annual wave heights in the fields of the mixed and wind waves by 0.10–0.15 cm/year. The above-mentioned features reflect climatic variabil-ity of the average wind speeds, which are characterized by wind weakening in the western part of the sea (0.010–0.015 m/s/year) and its amplification in the sea eastern part (0.015–0.020 m/s/year).
References
1. The WAM model – a third generation ocean wave prediction model / The WAMDI Group //Journal of Physical Oceanography. 1988. Vol. 18, iss. 12. P. 1775–1810.https://doi.org/10.1175/1520-0485(1988)018<1775:TWMTGO>2.0.CO;2
2. Tolman H. L. A third-generation model for wind waves on slowly varying, unsteady, andinhomogeneous depths and currents // Journal of Physical Oceanography. 1991. Vol. 21,iss. 6. P. 782–797. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1991)021<0782:ATGMFW>2.0.CO;2
3. Booij N., Ris R. C., Holthuijsen L. H. A third-generation wave model for coastal regions:1.Model description and validation // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1999.Vol. 104, iss. C4. P. 7649–7666. https://doi.org/10.1029/98JC02622
4. MIKE 21 Wave Modelling. MIKE 21 Spectral Waves FM: Short description. Horsholm :DHI, 2007. 14 p. URL: https://www.mikepoweredbydhi.com/-/media/shared%20content/mike%20by%20dhi/flyers%20and%20pdf/product-documentation/short%20descriptions/mike21_sw_fm_short_description.pdf (date of access: 03.07.2020).
5. Wave modelling – The state of the art / L. Cavaleri [et al.]; The WISE Group // Progress inOceanography. 2007. Vol. 75, iss. 4. P. 603–674. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2007.05.005
6. Sistema operativnogo prognoza vetrovogo volneniya Chernomorskogo tsentra morskikhprognozov / Yu. B. Ratner [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2017. № 5. S. 56–66.doi:10.22449/0233-7584-2017-5-56-66
7. Variability of the nearshore wave climate in the Eastern part of the Black Sea / Y. Saprykina[et al.] // Pure and Applied Geophysics. 2019. Vol. 176, iss. 8. P. 3757–3768.https://doi.org/10.1007/s00024-019-02143-1
8. Akpinar A., Ponce de León S. An assessment of the wind re-analyses in the modelling of anextreme sea state in the Black Sea // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 2016. Vol. 73.P. 61–75. https://doi.org/10.1016/j.dynatmoce.2015.12.002
9. Rusu L. Assessment of the wave energy in the Black Sea based on a 15-Year hindcast withdata assimilation // Energies. 2015. Vol. 8, iss. 9. P. 10370–10388.https://doi.org/10.3390/en80910370
10. Wind waves in the Black Sea: results of a hindcast study / V. S. Arkhipkin [et al.] // NaturalHazards and Earth System Sciences. 2014. Vol. 14, iss. 11. P. 2883–2897.https://doi.org/10.5194/nhess-14-2883-2014
11. Akpinar A., Ihsan Kömürcü M. Assessment of wave energy resource of the Black Sea basedon 15-year numerical hindcast data // Applied Energy. 2013. Vol. 101. P. 502–512.https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2012.06.005
12. Aydoğan B., Ayat B., Yüksel Y. Black Sea wave energy atlas from 13 years hindcasted wave da-ta // Renewable Energy. 2013. Vol. 57. P. 436–447. https://doi.org/10.1016/j.renene.2013.01.047
13. Galabov V. On the wave energy potential of the Bulgarian Black Sea Coast // 13th SGEMGeoConference on Water Resources. Forest, Marine and Ocean Ecosystems: SGEM2013Conference Proceedings, June 16-22, 2013. Varna, Bulgaria, 2013. P. 831–838.doi:10.5593/SGEM2013/BC3/S15.003
14. Myslenkov S. A., Shestakova A. A., Toropov P. A. Chislennoe modelirovanie shtormovo-go volneniya u severo-vostochnogo poberezh'ya Chernogo morya // Meteorologiya i gidrologiya. 2016. № 10. P. 61–71.
15. Polonskii A. B., Fomin V. V., Garmashov A. V. Kharakteristiki vetrovogo volneniyaChernogo morya // Dopovidi Natsional'noї akademiї nauk Ukraїni. 2011. № 8. S. 108–112.
16. Rusu E. Wave energy assessments in the Black Sea // Journal of Marine Science and Technology. 2009. Vol. 14, iss. 3. P. 359–372. https://doi.org/10.1007/s00773-009-0053-6
17. Validation of the WAMC4 wave model for the Black Sea / Z. Cherneva [et al.] // Coastal Engineering. 2008. Vol. 55, iss. 11. P. 881–893. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2008.02.028
18. Divinsky B. V., Kosyan R. D. Spatiotemporal variability of the Black Sea wave climate inthe last 37 years // Continental Shelf Research. 2017. Vol. 136. P. 1–19.https://doi.org/10.1016/j.csr.2017.01.008
19. Akpınar A., Bingölbali B., Van Vledder G. Ph. Long-term analysis of wave power potential inthe Black Sea, based on 31-year SWAN simulations // Ocean Engineering. 2017. Vol. 130.P. 482–497. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2016.12.023
20. Rusu L. The wave and wind power potential in the western Black Sea // Renewable Energy.2019. Vol. 139. P. 1146–1158. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.017
21. Aydoğan B., Ayat B. Spatial variability of long-term trends of significant wave heights in the Black Sea // Applied Ocean Research. 2018. Vol. 79. P. 20–35.https://doi.org/10.1016/j.apor.2018.07.001
22. Akpınar A., Jafali H., Rusu E. Temporal variation of the wave energy flux in hotspot areas of the Black Sea // Sustainability. 2019. Vol. 11, iss. 3. 562. https://doi.org/10.3390/su11030562
23. Divinsky B. V., Kosyan R. D. Climatic trends in the fluctuations of wind waves power in the Black Sea // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2020. Vol. 235. 106577.https://doi.org/10.1016/j.ecss.2019.106577
24. Divinsky B., Kosyan R. Parameters of wind seas and swell in the Black Sea based on numerical modeling // Oceanologia. 2018. Vol. 60, iss. 3. P. 277–287.https://doi.org/10.1016/j.oceano.2017.11.006
25. Sopostavlenie skorosti vetra nad Chernym morem po sputnikovym i meteorologiche-skim dannym / A. V. Garmashov [i dr.] // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizikaatmosfery i okeana. 2016. T. 52, № 3. S. 351–360. doi:10.7868/S0002351516030044
26. MAROS: A Decision Support System for Optimizing Monitoring Plans / J. J. Aziz [et al.] //Groundwater. 2003. Vol. 41, iss. 3. P. 355–367. https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2003.tb02605.x
27. Wind velocity and wind curl variability over the Black Sea from QuikScat and ASCAT satellite measurements / A. Kubryakov [et al.] // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 224.P. 236–258. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.01.034
28. Repetin L. N., Belokopytov V. N. Rezhim vetra severo-zapadnoi chasti Chernogo moryai ego klimaticheskie izmeneniya // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fo-voi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : EKOSI-Gidro-fizika, 2008. Vyp. 17. S. 225–243.
29. Gidrometeorologicheskie usloviya morei Ukrainy. Tom 2: Chernoe more / Yu. P. Il'in[i dr.]. Sevastopol' : EKOSI-Gidrofizika, 2012. 421 s.
30. Efimov V. V., Anisimov A. E. Klimaticheskie kharakteristiki izmenchivosti polya vetrav Chernomorskom regione – chislennyi reanaliz regional'noi atmosfernoi tsirkulya-tsii // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Fizika atmosfery i okeana. 2011. T. 47,№ 3. S. 380–392.
31. Izmenchivost' tolshchiny peremeshannogo sloya v Chernom more i ee svyaz' s dinamikoi vodi atmosfernym vozdeistviem / A. A. Kubryakov [i dr.] // Morskoi gidrofizicheskiizhurnal. 2019. T. 35, № 5. S. 449–468. doi:10.22449/0233-7584-2019-5-449-468
32. Non-linearities, regime shifts and recovery: The recent influence of climate on Black Seachlorophyll / A. McQuatters-Gollop [et al.] // Journal of Marine Systems. 2008. Vol. 74,iss. 1–2. P. 649–658. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2008.06.002.
