ВОЛНОВОЙ КЛИМАТ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ СПЕКТРАЛЬНОЙ МОДЕЛИ SWAN

Рассмотрено применение модели ветрового волнения SWAN (с входными данными ветра реанализа NCEP/NCAR) для Балтийского моря. Высокое пространственное разрешение для всей акватории и один из самых длительных периодов (более 60 лет), за который получены поля основных характеристик ветрового волнения, отличают исследования от предыдущих работ. Полученные результаты представляют собой хороший фундамент для дальнейшего изучения климатической изменчивости ветрового волнения. Выполнено сравнение натурных данных с заякоренных буев с известными оперативными моделями Балтийского региона и с результатами исследований других авторов [Лопатухин и др., 2006; Jönsson et al., 2003; Kriezi, Broman, 2008; Räämet, 2010; Räämet, Soomere, 2010; Saremi, 2010; Soomere, 2003; Soomere et al., 2008]. Результаты показали, что совпадение измерений и модельных данных высокое, однако модель SWAN в среднем занижает значения значительной высоты волн и пиковые периоды. По оценкам точности модели подсчитанные статистические характеристики (коэффициент корреляции, средняя систематическая, среднеквадратическая и относительная среднеквадратическая ошибки) попадают в средний диапазон по сравнению с другими численными экспериментами. Отдельно был рассмотрен экстремально сильный шторм, вызванный ураганом Гадран (2005). Результаты анализа показали, что модель адекватно отображает реальные условия, т.е. ее применение для Балтийского моря целесообразно. По полученным результатам за 63-летний период выделены штормовые ситуации по критерию превышения значительной высотой волн2 м, что позволило исследовать климатическую изменчивость ветрового волнения в Балтийском море. За 63 года выявлено 2943 штормовых ситуации, т.е. в среднем около 50 штормов в год. В межгодовом ходе выявлены тенденция усиления штормовой активности и двадцатилетняя периодичность с максимумами в 70-х и 90-х гг. XX в. 

1. Лопатухин Л.И., Бухановский А.В., Иванов С.В., Чернышева Е.С. Справочные данные по режиму ветра и волнения Балтийского, Северного, Черного, Азовского и Средиземного морей // Российский морской регистр судоходства. СПб., 2006. 450 c. Lopatoukhin L.I., Boukhanovsky A.V., Ivanov S.V., Tchernysheva E.S. Spravochnye dannye po rezhimu vetra i volnenija Baltijskogo, Severnogo, Chernogo, Azovskogo i Sredizemnogo morej [Reference data about wind and wave regimes of the Baltic, North, Black, Azov and Mediterranean Seas], Saint-Petersburg, Russian maritime register of shipping, 2006, 450 p.

2. Руководящий документ 52.27.759–2011, Наставление по службе прогнозов. Раздел 3. Ч. III. Служба морских гидрологических прогнозов. М.: Триада ЛТД, 2011. 194 с. Rukovodjashhij dokument 52.27.759–2011. Nastavlenie po sluzhbe prognozov. Razdel 3. Ch. III. Sluzhba morskih gidrologicheskikh prognozov [Management directive 52.27.759– 2011, Forecast service manual, pt 3, chpt III. Maritime hydrological forecast service), Moscow: Triada LTD, 2011, 194 p.

3. Arkhipkin V.S., Gippius F.N., Koltermann K.P., Surkova G.V. Wind waves in the Black Sea: results of a hindcast study. Nat. Hazards and Earth System Scie. Discuss., 2014, V. 14, pp. 2883–2897.

4. Blomgren S., Larson M., Hanson H. Numerical Modeling of the Wave Climate in the Southern Baltic Sea, J. Coastal Res., 2001. V. 17, no 2, pp. 342–352.

5. Bouws E., Draper L., Laing A.K. et al. Guide to Wave Analysis and Forecasting. WMO–No 702, World Meteorological Organization. Geneva, 1998, 159 p.

6. Broman B., Hammarklint T., Rannat K. et al. Trends and extremes of wave fields in the north-eastern part of the Baltic Proper, Oceanologia, 2006, V. 48 (S), pp. 165–184.

7. Earth system research laboratory. URL: http://www. esrl.noaa.gov/psd/data/reanalysis/reanalysis.shtml (Accessed: 14.05.2014).

8. Environment climate data Sweden. URL: http://www. smhi.se/ecds (Accessed: 23.03.2014).

9. General bathymetric chart of the oceans (GEBCO). URL: http://www.gebco.net (Accessed: 13.01.2014).

10. Gill G.C. Comments on “The variation of Gust Factors with Mean wind Speed and with Height”, J. Appl. Meteorology, 1969, V. 8, no 1, pp. 167–167.

11. Häggmark L., Ivarsson K.I., Olofsson P.O. MESAN– Mesoscale analysis, SMHI Rapp., Meteorol. och Klimatol. (Sweden), 1997, ser.: RMK 75.

12. Häggmark L., Ivarsson K.-I., Gollvik S., Olofsson P.O. Mesan, an operational mesoscale analysis system, Tellus A, 2000, V. 52, no 1, pp. 2–20.

13. Jӧnsson A., Broman B., Rahm L. Variations in the Baltic Sea wave fields, Ocean Engineering, 2003, V. 30, no 1, pp. 107–126.

14. Kahma K., Pettersson H., Tuomi L. Scatter diagram wave statistics from the northern Baltic Sea, MERI–Report Series of the Finnish Institute of Marine Res., 2003, V. 49, pp. 15–32.

15. Källén E. Hirlam documentation manual system 2.5, The Swedish Meteorological and Hydrological Institute (Available from SMHI, S-60176 Norrkoping, Sweden), 1996. 243 p.

16. Kalnay E., Kanamitsu M., Kistler R. et al. The NCEP/ NCAR 40-year reanalysis project, Bull. Am. Meteorol. Soc., 1996, V. 77, no 3, pp. 437–471.

17. Kriezi E.E., Broman B. Past and future wave climate in the Baltic Sea produced by the SWAN model with forcing from the regional climate model RCA of the Rossby Centre, US/EU-Baltic International Symposium, 2008 IEEE/OES, 2008, pp. 1–7.

18. Leppäranta M., Myrberg K. Physical oceanography of the Baltic Sea, Berlin: Springer, 2009, 378 p.

19. Natural Risk Assesment Laboratory. URL: http://www. nral.org/ru (Accessed: 20.06.2014).

20. Parallel.ru. URL: http://parallel.ru (Accessed: 27.05.2014).

21. Pontes M.T., Barstow S., Bertotti L. et al. Use of numerical wind-wave models for assessment of the offshore wave energy resource, J. Offshore Mechanics and Arctic Engineering, 1997, V. 119, no 3, pp. 184–190.

22. Räämet A. Spatio-temporal variability of the Baltic Sea wave fields, Thesis on Civil Engineering, Tallin: TUT Press, 2010.

23. Räämet A., Soomere T. The wave climate and its seasonal variability in the northeastern Baltic Sea, Eston. J. Earth Sci., 2010, V. 59, no 1, pp. 100–113.

24. Saremi S. Development of a wave database in coastal areas around Sweden using the SWAN wave model: evaluation of the influence of grid resolutions and bathymetric data, Gothenburg: Chalmers University of Technology, 2010.

25. Soomere T. Anisotropy of wind and wave regimes in the Baltic Proper, J. Sea Res., 2003, V. 49, no 4, pp. 305–316.

26. Soomere T. Extremes and decadal variations of the northern Baltic Sea wave conditions, Extreme Ocean Waves, Amsterdam: Springer Netherlands, 2008, pp. 139–157.

27. Soomere T. Wind wave statistics in Tallinn Bay, Boreal Env. Res., 2005, V. 10, no 2, pp. 103–118.

28. Soomere T., Behrens A., Tuomi L., Nielsen J.W. Wave conditions in the Baltic Proper and in the Gulf of Finland during windstorm Gudrun, Natural Hazards & Earth System Sci., 2008, V. 8, no 1, pp. 37–46.

29. Soomere T., Räämet A. Decadal changes in the Baltic Sea wave heights, J. Mar. Syst., 2014, V. 129, pp. 86–95.

30. Sterl A., Caires S. Climatology, variability and extrema of ocean waves: The Web-based KNMI/ERA-40 wave atlas, Int. J. Climatol., 2005, V. 25, no 7, pp. 963–977.

31. SWAN SourceForge. URL: http://swanmodel.sourceforge. net (Accessed: 04.01.2014).

32. WAMDI Group: Hasselmann S., Hasselmann K., Bauer E. et al. The WAM Model — a Third Generation Ocean Wave Prediction Model, J. Phys. Oceanogr., 1988, no 18, pp. 1775–1810.

33. Zaitseva-Pärnaste I., Suursaar Ü., Kullas T. et al. Seasonal and long-term variations of wave conditions in the northern Baltic Sea, J. Coast. Res., 2009, V. SI 56, pp. 277–281.