Руководство по анализу и прогнозированию волнения

Description

Руководство по анализу и прогнозированию волнения (ВМО-№ 702) РЕДАКТОРСКОЕ ПРИМЕЧАНИЕ ТАБЛИЦА РЕГИСТРАЦИИ ВНЕСЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СОДЕРЖАНИЕ vi vii viii ix ПРЕДИСЛОВИЕ ВЫРАЖЕНИЕ ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ Введение Oбщий обзор Teрминология Вопросы климатологии Структура Руководства Глава 1. Волны на поверхности океана 1.1 ВВЕДЕНИЕ 1.2 ПРОСТЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ВОЛНЫ 1.2.1 Основные определения 1.2.2 Основные соотношения 1.2.3 Oрбитальное движение частиц воды 1.2.4 Энергия волн 1.2.5 Влияние глубины воды 1.2.6 Рефракция и дифракция 1.2.7 Разрушающиеся волны 1.3 ПОЛЯ ВОЛН В ОКЕАНЕ 1.3.1 Сочетание простых волн 1.3.2 Группы волн и групповая скорость 1.3.3 Статистическое описание волнограмм 1.3.4 Длительность волнограмм 1.3.5 Использование статистических параметров 1.3.6 Распределение высот волн 1.3.7 Спектры волн 1.3.8 Параметры волнения, выводимые из спектра 1.3.9 Moдели волнового спектра 1.3.10 Замечания относительно направленного волнового спектра Глава 2. Ветры у поверхности океана 2.1 ВВЕДЕНИЕ 2.2 иСТОЧНИКИ МОРСКИХ ДАННЫХ 2.2.1 Метеорологические сводки с морских судов 2.2.1.1 Оценочные наблюдения за ветром 2.2.1.2 Измеренные значения ветров 2.2.2 Сводки с заякоренных и дрейфующих буев 2.2.3 Наземные (береговые) станции 2.2.4 Приведение данных in situ к общей высоте 2.2.5 Спутниковые данные 2.3 морские пограничные слои 2.3.1 Слой постоянного потока 2.3.2 Шероховатость поверхности 2.3.3 Роль устойчивости 2.4 КРУПНОМАСШТАБНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕТРЫ У ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА 2.4.1 Анализы ветра и давления 2.4.2 Геострофический ветер 2.4.3 Градиентный ветер 2.4.4 Влияние поверхностного трения 2.4.5 Термический ветер 2.4.6 Изаллобарический ветер 2.4.7 Расходимость полей ветра 2.4.8 Сдвиг ветра во фронтальных зонах 2.4.9 Анализ линий тока в тропиках 2.4.10 Анализ тропического циклона 2.5 численное прогнозирование погоды 2.5.1 Модели с узлами сетки 2.5.2 Спектральные модели 2.5.3 Модели ограниченной территории 2.5.4 Параметризация пограничного слоя 2.5.5 Совмещенные модели 2.5.6 Ассимиляция данных 2.5.7 Реанализы 2.5.8 Ансамблевые прогнозы Глава 3. Образование и затухание волн 3.1 ВВЕДЕНИЕ 3.2 РАЗВИТИЕ ВЕТРОВЫХ ВОЛН Эмпирические формулы и кривые развития ветровых волн 3.3 Распространение волн 3.3.1 Угловое распространение 3.3.2 Дисперсия 3.4 рассеяние ВОЛН 3.4.1 Рассеяние волн на глубокой воде 3.4.2 Рассеяние волн на мелководье 3.4.3 Рассеяние зыби 3.5 НЕЛИНЕЙНыЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ВОЛНАМИ 3.6 ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО ЧЛЕНАМ ИСТОЧНИКА Глава 4. Прогнозирование волнения ручным способом 4.1 введение 4.2 эмпирические рабочие процедуры 4.2.1 Переменные ветры 4.2.2 Оценка разгона 4.2.3 Рост волнения 4.2.4 Разрушение волн зыби 4.2.5 Скорость и движение групп волн 4.2.6 Прочие факторы 4.3 расчет ветровых волн 4.3.1 Определение характеристик состояния моря при заданных величинах скорости и разгона ветра 4.3.2 Определение состояния моря при возрастающей скорости ветра 4.3.3 Экстраполяция существующего поля волнения при его дальнейшем развитии под влиянием постоянного ветра 4.3.4 Экстраполяция существующего поля волнения при его дальнейшем развитии под влиянием растущего ветра 4.3.5 Определение воздействия динамичного или замкнутого разгона на тропический циклон, перемещающийся на разных скоростях 4.4 расчеты волн зыби 4.4.1 Отдаленные штормы 4.4.2 Отдаленные штормы с длинным разгоном 4.4.3 Волны зыби, прибывающие в точку наблюдения от происходящего поблизости шторма 4.4.4 Дополнительные примеры 4.5 расчеты влияния мелководья 4.5.1 Обмеление и рефракция волн зыби в прибрежной зоне 4.5.1.1 Изменение высоты волн из-за обмеления 4.5.1.2 Изменение высоты волны в результате рефракции 4.5.1.3 Метод Доррестайна для определения коэффициента рефракции 4.5.2 Ветровые волны на мелководье 4.6 Корректировка результатов моделирования 4.6.1 Возможные проблемы моделирования 4.6.2 Контроль результатов моделирования 4.6.2.1 Ветровая обстановка 4.6.2.2 Волнение 4.6.2.3 Прочие эффекты 4.6.3 Прогностический цикл: анализ, диагностика и прогноз 4.7 Прогнозирование обратных течений 4.7.1 Базовый метод прогнозирования 4.7.2 Замечания по прогнозированию 4.7.3 Рекомендации по разработке схемы прогнозирования Глава 5. Численное моделирование волнения 5.1 Введение 5.2 Основные концепции моделирования волнения 5.3 Уравнение энергетического баланса волнения 5.4 Элементы моделирования волнения 5.4.1 Исходные условия 5.4.2 Ветры 5.4.3 Поступление и рассеяние энергии 5.4.4 Нелинейные взаимодействия 5.4.5 Распространение 5.4.5.1 Методы дискретной сетки 5.4.5.2 Методы построения лучей 5.4.6 Ослабление по направлениям и взаимодействие между ветровым волнением и зыбью 5.4.7 Глубина 5.4.8 Влияние границ, береговых линий и островов 5.5 Классы моделей 5.5.1 Несопряженные модели распространения 5.5.2 Сопряженные гибридные модели 5.5.3 Сопряженные дискретные модели 5.5.4 Модели третьего поколения 5.6 Новейшие разработки Глава 6. Оперативные модели волнения 6.1 Введение 6.2 Двухмерные модели спектра волнения 6.3 Карты волнения 6.4 Кодированная продукция моделей волнения 6.4.1 GRIB 6.4.2 Стандарт NetCDF 6.5 Верификация моделей волнения 6.6 Системы ансамблевого прогнозирования Глава 7. Данные о волнении: наблюдения, измерения и моделирование 7.1 Введение 7.2 Наблюдения волнения in situ 7.2.1 Различия между данными визуальных и инструментальных наблюдений 7.2.1.1 Оценка показательной высоты волн по данным визуальных наблюдений моря и зыби 7.2.1.2 Разделение волнового спектра на ветровые волны и зыбь 7.2.2 Визуальные наблюдения 7.2.2.1 Визуальные наблюдения с судов 7.2.2.2 Источники данных визуальных наблюдений с судов 7.2.2.3 Визуальные наблюдения с береговых станций 7.2.3 Инструментальные данные о волнении 7.2.3.1 Измерения волнения, проводимые из-под поверхности 7.2.3.2 Измерения волнения с буев 7.2.3.3 Прочие способы измерения волнения на поверхности моря 7.2.3.4 Измерения, проводимые над поверхностью, но вблизи ее 7.3 Данные дистанционного зондирования 7.3.1 Активное зондирование океанской поверхности с помощью электромагнитных волн 7.3.2 Дистанционное зондирование из космоса 7.3.2.1 Радиолокационные высотомеры 7.3.2.2 Радиолокаторы с синтезированной апертурой 7.3.2.3 Радиолокационные рефлектометры 7.3.2.4 Микроволновые радиометры 7.3.2.5 Развивающиеся технологии 7.3.3 Наземные системы дистанционного зондирования 7.3.3.1 Радиолокационные станции с наклонным лучом 7.3.3.2 ВЧ-радиолокаторы отражения от земной поверхности и ионосферы 7.4 Смоделированные данные 7.4.1 Ретроспективное прогнозирование 7.4.2 Реанализ 7.4.2.1 Реанализ ERA5 Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды 7.4.2.2 Реанализ национальных центров по прогнозированию состояния окружающей среды/Национального управления по исследованию океанов и атмосферы 7.4.3 Оперативное моделирование Приложение 1. Номограммы для расчета характеристик волн Приложение 2. Прогнозирование волнения: общие сведения и рекомендации Список литературы ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА