География и геология/2. Наблюдение, анализ и прогнозирование метеорологических условий

К.г.н. Золотухин Д. Е.

Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск, Россия

Моделирование метеоцунами в сахалинско - курильском регионе

Цунами – это длиннопериодные волны, возникающие в морях и океанах по ряду причин [1]. Согласно исторической базе данных [2], в Тихом океане основной вклад в образование цунами вносят землетрясения – 79 %, 6 % –оползни, 5 % – извержения вулканов, для 7 % источник неизвестен, и лишь 3 % цунами образовались по метеорологическим причинам. Такие цунами, образующиеся под воздействием атмосферных процессов, называют метеоцунами. Метеоцунами – малоизученное явление [3], однако в Тихом океане они наблюдаются достаточно часто. Они имеют место также в Атлантическом и Индийском океанах.

Метеоцунами – это волновые движения моря, имеющие те же периоды, что и волны цунами сейсмического происхождения, и амплитуды порядка десятков сантиметров, редко метров. Метеоцунами воздействуют на побережье сходным с обычными цунами разрушительным образом [4].

Причинами метеоцунами могут быть скачки атмосферного давления, тайфуны, ураганы, шторма, холодные фронты и т.п. В настоящей работе рассматриваются метеоцунами, вызванные движением тропических циклонов (тайфунов). В среднем, на Дальнем Востоке России в год наблюдается один - два циклона. За последние 40 лет наибольшее количество выходов тропических циклонов отмечалось в 1981 и 2011 годах - пять циклонов [5].

Поэтому моделирование циклонов, в том числе с целью получения картины метеоцунами, является актуальной задачей.

Эффективным инструментом для исследования механизма формирования и трансформации штормовых нагонов и метеоцунами, расчета их режимно-статистических характеристик и прогнозирования является численное гидродинамическое моделирование. В данной работе была использована разработанный в 1997 году специальным конструкторским бюро систем автоматизации морских исследований ДВО РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) комплекс вычислительных процедур (программный комплекс) [6].

Основными задачами данной работы являются:

Анализ натурных данных по метеоцунами, предоставленных ФБГУ СахУГМС.

Более строгая проверка предложенной В. Н. Храмушиным модели и оценка ее пригодности для прогноза метеоцунами, вызываемых циклонами.

Данные натурных наблюдений представлены СахУГМС в виде мареограмм метеоцунами в отдельных населенных пунктах и соответствующих им гидрологически-синоптических карт (ГСК).

В данной работе рассматривались метеоцунами 08.10.2006 г., 20-21.02.2009 г., и 3-4.12.2011 г. на южных Курильских островах. Для этих метеоцунами имеются ГСК и мареограммы для поселка Малокурильское.

Параметры вычислительного эксперимента 1 (моделирование метеоцунами 8.10.2006 г.) представлены в таблице 1. Момент начала численного моделирования соответствует 0:00 8.10.2006.

Таблица 1

Моделирование метеоцунами 8.10.2006 г.

t, ч	φ, с. ш.	λ,в. д.	D, км	P, мб.	V, м/с
00h, 8.10	42°	148°	250	43	32,5
06h, 8.10	43°30'	148	250	43	32,5

Результаты численного моделирования (для поселка Малокурильское) следующие:

Максимальная высота волны (от гребня до подошвы) - 1,02 м., первое вступление - 6:30, 08.10.2006. (реально максимальная высота волны ~ 0,70 м, первое вступление – 0:00 8.10.2006). Сравнение реальных и модельных мереограмм представлено на рисунке 1.

Рисунок 1. Модельные и реальные мареограммы (Малокурильское, 8.10.2006г.)

Параметры вычислительного эксперимента 2 (моделирование метеоцунами 20-21.02.2009 г.) представлены в таблице 2. Момент начала численного моделирования соответствует 18:00 20.02.2009.

Таблица 2

Моделирование метеоцунами 20-21.02.2009 г.

t, ч	φ, с. ш.	λ,в. д.	D, км	P, мб.	V, м/с
18h,20.02	44°	148°	200	43	25
00h,21.02	45°	149°	200	48	25

Результаты численного моделирования (для поселка Малокурильское) следующие:

Максимальная высота волны (от гребня до подошвы) - 0,62 м, первое вступление – 01:00, 21.02.2009; реально максимальная высота волны ~ 0,40 м, первое вступление – 00:00, 21.02.2009. Сравнение реальных и модельных мереограмм представлено на рисунке 2.

Рисунок 2. Модельные и реальные мареограммы (Малокурильское, 20-21.02.2009 г.)

Параметры вычислительного эксперимента 3 (моделирование метеоцунами 3-4.12.2011 г.) представлены в таблице 3. Момент начала численного моделирования соответствует 18:00 03.12.2011.

Таблица 3

Моделирование метеоцунами 3-4.12.2011 г.

t, ч	φ, с. ш.	λ, в. д.	D, км	P, мб.	V, м/с
18h, 3.12	42°	145°	250	28	20
00h, 4.12	43°	148°	250	28	20

Результаты численного моделирования (для поселка Малокурильское) следующие:

Максимальная высота волны - 0.50 м, первое вступление – 1:00, 4.12.2011; реально высота волны (амплитуда) ~ 0.35 м, первое вступление – 12:30 3.12.2011. Сравнение реальных и модельных мереограмм представлено на рисунке 3.

Рисунок 3. Модельные и реальные мареограммы (Малокурильское, 3-4.12.2011 г.)

Практически, при численном моделировании применялись следующая модель метеоцунами: моделирование метеоцунами путем разрушения «малого круга» модельного циклона. Данная модель дает хорошее сходство модельных и реальных мареограмм и незначительную разницу максимальной высоты модельной и реальной волны. Серьезным недостатком данной модели является полученное в данных экспериментах серьезное различие между временем первого вступления волны модельного и реального метеоцунми. Оно объясняется зависимостью времени возникновения модельного метеоцунами от момента развала «малого круга» модельного циклона.

В целом, численное моделирование циклонов дает возможность оценить высоты вызванных ими метеоцунами на побережье. Сходство формы модельных и реальных мареограмм имеет меньшее значение.

Данный результат позволяет использовать модель «малого круга» циклона для оценки высоты волны метеоцунами в береговых точках (портах) при прохождении циклонов. Возможно и использование данной модели для оценки угрозы штормовых нагонов и метеоцунами в портах Сахалинской области.

 Литература:

1. Левин Б. В., Носов М. А. Физика цунами и родственных явлений в океане. Научное издание. – М.: «Янус-К», 2005. – 360 с.

2. http://tsun.sscc.ru/htdbpac/

3. Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 325 с.

4. Макаренко Е. В., Ивельская Т. Н. Метеоцунами в портах сахалинской области по данным наблюдений телеметрической сети Службы предупреждения о цунами. // Мореходство и морские науки – 2011: избранные доклады Третьей Сахалинской региональной морской научно-технической конференции (15-16 февраля 2011 г.)  /  Под ред. В. Н. Храмушина. – Южно-Сахалинск: СахГУ, 2011. С. 205-211.

5. http://meteoinfo.ru/news/1-2009-10-01-09-03-06/4475-17012012-30-

6. Поплавский А. А., Храмушин В. Н. Методы оперативного прогноза цунами и штормовых наводнений: - Владивосток: Дальнаука, 2008. – 176 с.