УДК 551.501.8
ИЗМЕРЕНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛНЕНИЯ В ГОЛУБОЙ БУХТЕ (ГЕЛЕНДЖИК)
1, 2,3
1 Южное отделение института океанологии им. РАН,
Просторная, 1-г, 353467, г. Геленджик, 8(86141) 2-80-89, v.ocherednik@ocean.ru
2 Институт океанологии им. РАН,
Нахимовский пр., 36, 117997, г. Москва, 8(499)124-13-01, stasocean@gmail.com
3 Московский государственный университет имени , , 119991, г. Москва, 8(495)939-22-15
Paper presents results of wind wave measurements in the Blue Bay (Gelendzhik). Wave measurements made by using pressure sensor 10 Hz time resolution. Wave heights and spectra from measurements compared with SWAN wave model results.
В 2016 году были проведены тестовые измерения волнения при помощи датчика гидростатического давления на пирсе Голубой бухты (Геленджик, ЮО ИО РАН). Измерения производились с частотой 10 Гц, датчик был установлен на глубине 6.5 м. Получены данные с 11:30 до 17:00 3 декабря 2016 года, когда в Черном море наблюдался шторм. Использовались тензопреобразователи избыточного давления D–0.4 (изготовитель – ), преобразующие величину давления в резистивное сопротивление. В системе был применён 16-ти разрядный Σ-∆ АЦП на базе ADuC848. АЦП преобразует напряжение с датчика в Σ-∆ сигнал, пропорциональный давлению.
Коэффициенты для пересчета Σ-∆ сигнала АЦП в давление были найдены при помощи грузопоршневого стенда высокого давления (образцовые груза доступны с шагом 2 дбар). В результате получены калибровочные коэффициенты в интервале от 0 до 14 дбар (рис.1). Погрешность измерения давления не превышает 1 см.
Данные измерений волнения (рис.2) сравнивались с результатами математического моделирования. Ранее на пирсе в Голубой бухте измерения волнения производились ультразвуковым уровнемером с частотой 5 Гц [1]. Для прибрежной зоны Черного моря развивается система прогноза волнения высокого пространственного разрешения [2, 3, 4]. Система основана на волновой модели SWAN и позволяет прогнозировать параметры волнения в прибрежной зоне Черного моря, в том числе и в Голубой бухте. Пространственное разрешение составляет 100 м в районе пирса, где установлен датчик волнения. В качестве форсинга система использует прогностические поля ветра GFS-0,25°.
Рис.1. Связь давления и сигнала АЦП.
Рис.2. Уровень моря по датчику давления на 3.12.2016.
По данным прогноза на 3 декабря 2016 высота волн на Черном море превышала 7 м (рис.3). Очаг наиболее высоких волн перемещался с запада на восток и вышел к берегу в районе Сочи. В районе Геленджика в открытом море высота значительных волн была 5–6 м. В Голубой бухте по данным моделирования высота волн составила 2–2.5 м, однако по данным измерений 1.5–2 м. Такое отличие может быть вызвано недостаточным пространственным разрешением модели.
Рис. 3. Высота волн в Черном море на 15:00 3.12.2016.
По данным измерений были построены спектры в диапазоне периодов 4–22 сек (рис.4а, б). Чтобы проследить эволюцию спектра колебаний рассмотрены спектры для отрезков длиной 15 минут, с разницей во времени. По данным измерений на рис.4а выделяются пики на периодах от 9 до 15 сек. Довольно сильно изменяется максимум и во времени. По результатам моделирования общая форма спектра в целом повторяет спектр по данным измерений, однако он более гладкий и почти не меняется во времени.
Рис. 4. Спектр колебаний по данным измерений (а) и по результатам моделирования (б).
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. , Архипкин уровня моря в Голубой бухте (Геленджик) // Вестник Московского университета. Серия 5: География. - 2015. - № 3. - С. 70-78.
2. , , Торопов моделирование штормового волнения у северо-восточного побережья Черного моря // Метеорология и гидрология. - 2016. - № 10. - С. 61-71.
3. , Мысленков ветрового волнения высокого пространственного разрешения в Керченском проливе // Труды Гидрометцентра России. - 2015. - Вып. 354. - С. 24-35.
4. , Столярова ветрового волнения в Черном море с использованием прогностических полей ветра различного пространственного разрешения // Труды Гидрометцентра России. - 2016. - № 000. - С. 55-65.
