Гидрометеорологический мониторинг в голубом заливе

¹ORCID: 0000-0003-4412-2483, Кандидат географических наук, ²Младший научный сотрудник, ³Ведущий инженер,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Морской гидрофизический институт РАН»

Исследование выполнено в рамках темы Государственного Задания № 0827-2018-0001.

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В ГОЛУБОМ ЗАЛИВЕ

Аннотация

В статье приводятся результаты гидрометеорологического мониторинга, проводимого в период 2011-2017 гг. на стационарной океанографической платформе. В результате анализа 33000 часовых записей с метеопараметрами (скорость ветра, температура воздуха и морской воды, атмосферное давление, относительная влажность) получены основные статистические характеристики, описывающие гидрометеорологический режим в 2011-2017 гг. в районе южного берега Крыма.

Ключевые слова: мониторинг, скорость ветра, температура, платформа, Черное море.

Garmashov A.V.¹, Toloknov Yu.N.², Korovushkin A.I.³

¹ORCID: 0000-0003-4412-2483, PhD in Geography, ²Junior Researcher, ³Leading Engineer,

Federal State Budgetary Research Institution «Marine Hydrophysical Institute of RAS»

The study was carried out within the framework of the topic of the State Task No. 0827-2018-0001.

HYDROMETEOROLOGICAL MONITORING IN BLUE GULF

Abstract

The article presents the results of hydrometeorological monitoring, conducted during the period of 2011-2017 on a stationary oceanographic platform. 33,000 hour of records with meteorological parameters (wind speed, air and sea water temperature, atmospheric pressure, relative humidity) are a result of the analysis, the main statistical characteristics describing the hydrometeorological regime in 2011-2017 were obtained in the southern coast of the Crimea.

Keywords: monitoring, wind speed, temperature, platform, Black Sea.

Введение

Гидрометеорологические наблюдения всегда играли важную роль в народном хозяйстве, обеспечивая безопасность мореплавания и прибрежной инфраструктуры, а также являясь важным элементом поддержания обороноспособности страны. Начиная с 90-х годов ХХ столетия, отмечается резкое сокращение гидрометеорологических наблюдений в прибрежных районах Черного моря. Из-за отсутствия длительных инструментальных измерений параметров ветрового волнения сведения о режиме волнения в Черном море получают расчетным путем [1], [2]. В последние годы для расчета параметров волнения используются волновые модели, например, модели SWAN [3], [4] или WAM [5]. Поэтому любые измерения гидрометеорологических параметров имеют большую научную и практическую ценность.

Цель настоящей работы состояла в анализе данных гидрометеорологического мониторинга, проводимого в прибрежной части южного берега Крыма на стационарной океанографической платформе, для получения статистических характеристик, описывающих режим измеряемых величин в исследуемом районе в 2011-2017 гг.

Район измерений и используемая аппаратура

Измерения проводились на исследовательской стационарной океанографической платформе (СОП), расположенной в прибрежной части Черного моря (рис. 1). Платформа представляет собой свайную прямоугольную конструкцию размером 20Ч20 м. и оборудована для проведения океанографических исследований. Глубина моря в этой точке - 30 м, расстояние до берега 450 м. Для измерений используется в основном морская часть платформы, ориентированная примерно 50⁰ - 230⁰. Условия измерений в этом районе можно классифицировать по нескольким критериям: по направлению ветра относительно берега, по преобладающему направлению ветра, по скорости ветра и характеру поверхностных волн.

Рис. 1 - Положение платформы и места установки измерительных датчиков

Для проведения мониторинга на СОП был использован комплекс сбора гидрометеорологических данных (КСГД) [6], разработанный в МГИ. Измеряемые параметры комплексом КСГД, диапазон измерений, погрешность и дискретность опроса показаны в табл. 1.

Таблица 1 - Параметры измеряемых величин (КСГД)

Измерительные датчики располагались на СОП в трех местах. На выстреле, в точке 1 (рис. 1), располагался струнный резистивный измеритель высоты волны и датчик температуры воды, глубина погружения которого составляла 1-1,5 м. В точке 2 на высоте 21 м был расположен датчик скорости и направления ветра, в точке 3 на высоте 13 м находились датчики температуры воздуха и относительной влажности.

За 2011-2017 гг. было получено более 33000 часовых записей с метеопараметрами.

Обработка данных

Все данные прошли контроль качества с отбраковкой ненадежных фрагментов. Поскольку измерения скорости ветра проводились на высоте 21 м над уровнем моря, то необходимо было привести их к стандартной высоте наблюдения (10 м). Для этого использовалась формула (1), предполагающая наличие логарифмического подслоя:

(1)

где z₀ - параметр шероховатости.

Экспериментально установлено [7], что величина z₀ для морской поверхности в рассматриваемом регионе находится в пределах 10^-4-10^{-3 м, в нашей работе было взято среднее значение} z₀ = 5·10^{-4 м.}

Согласно рекомендаций Всемирной метеорологической организации все измеренные параметры усреднялись за 10 мин. и дальнейший анализ производился уже для осредненных величин. Порывы ветра приводятся как мгновенные значения скорости ветра за 5 сек.

Результаты

Основные результаты гидрометеорологического мониторинга, проводимого на СОП в пгт Кацивели в период с 2011 года по 2017 год, приводятся в табл. 2 и 3, где для каждого месяца показаны следующие величины: средняя скорость ветра (V_av), максимальная скорость ветра (V_max) и максимальные порывы ветра (V_p); минимальная, максимальная и средняя температура воздуха (T_amin, T_{a max} и T_{a av}); средняя относительная влажность (H_av); минимальное, максимальное и среднее давление (P_min, P_max и P_av).

Таблица 2 - Основные результаты гидрометеорологического мониторинга, проводимого на СОП в 2011-2017 гг.

Таблица 3 - Основные результаты гидрометеорологического мониторинга, проводимого на СОП в 2011-2017 гг.

Среднемесячная скорость ветра в летний период составляет 4,5 -4,9 м/с, а в зимний - 6-6,4 м/с. Полученные средние величины скорости ветра соответствуют значениям, опубликованным в работах [8], [9], [10]. Несмотря на присутствие ярко выраженного сезонного хода в среднемесячных значениях скорости ветра, в максимальных значениях скоростей ветра и в величинах порывов скоростей ветра годовой ход не наблюдается. Так максимальные скорости ветра на СОП достигали значений 19-26 м/с, а в порывы достигали 40 м/с.

Сезонный ход температуры воздуха имеет достаточно высокую амплитуду, характерную для умеренных широт - среднемесячная температура меняется от 7,3 єС в феврале до 25 єС в августе. Сезонных ход присутствует также в минимальных и максимальных значениях температуры воздуха. Наименьшая температура воздуха на СОП была зарегистрирована в 31 января 2014 г. и составляла -6,2 єС, в июле же температура воздуха не опускалась ниже 19 єС. В тоже время максимальные температуры воздуха январе достигали 16,8 єС, а наибольшая температура воздуха на СОП была зарегистрирована в 6 августа 2017 г. и составляла 33,7 єС.

Среднегодовая влажность воздуха составляет 72%. Годовой ход относительной влажности воздуха хорошо выражен. Высокие значения (72-80%) влажности отмечаются с октября по март, низкие (58-67%) - в июне - сентябре, что соответствует результатам, полученным за другие периоды наблюдений [8].

Наименьшая температура морской воды в районе СОП составляла 5,1 єС и была зарегистрирована 9 марта 2015 г., однако даже в летние месяцы за счет апвеллингов и сгонных ветров температура воды в море могла опускаться до 7,2 єС. Сезонный ход температуры морской воды хорошо выражен и повторяет динамику сезонного хода температуры воздуха, но имеет меньшую амплитуду: среднемесячная температура морской воды меняется от 10,1 єС в феврале-марте до 23,6 єС в августе. Наибольших значений (26,2єС - 02.08.2015) температура моря достигала в августе, но даже в зимние месяцы поверхность моря могла прогреваться до 12,9-15,4 єС. Среднегодовая температура морской воды в районе СОП составляет 15,8 єС.

Среднегодовое атмосферное давление для района измерений составляет 1011 гПа, что равняется примерно 760 мм.рт.ст. В среднемесячных значениях атмосферного давления присутствует сезонный ход: наименьшие значения (1006,4 гПа) наблюдаются в июле, а наибольшие (1016,9 гПа) - в декабре. Минимальное атмосферное давление (984,4 гПа) было зарегистрировано 21 марта 2013 г., максимальное (1035,1 гПа) - 31 октября 2015 г.

Заключение

По результатам проведенного гидрометеорологического мониторинга в 2011 - 2017 гг. на СОП в Голубой бухте можно сформулировать следующие выводы:

- среднемесячная скорость ветра в летний период составляет примерно 4,8 м/с, а в зимний - 6-6,4 м/с;

- максимальные скорости ветра на СОП достигали значений 19-26 м/с, а порывы - 40 м/с;

- среднемесячная температура воздуха меняется от 7,3 єС в феврале до 25 єС в августе;

- среднегодовая влажность воздуха составляет 72 %;

- среднемесячная температура морской воды меняется от 10,1 єС в феврале-марте до 23,6 єС в августе;

- в среднемесячных значениях атмосферного давления присутствует сезонный ход: наименьшие значения (1006,4 гПа) наблюдаются в июле, а наибольшие (1016,9 гПа) - в декабре.

гидрометеорологический океанографический метеопараметр крым