18 сентября 2019, среда
СЕЙЧАС В ПЕТЕРБУРГЕ
+9.7 °C
Ветер: северо-восточный
Скорость ветра: 2-6 м/с
Давление: 749,7 мм рт.ст.
Влажность: 79%
по данным м/с Санкт-Петербург за 18.09.2019 11 МСК

Морские гидродинамические модели Санкт-Петербургского ЦГМС-Р

Начиная с 2000 года прогноз наводнений в Невской губе в Санкт-Петербургском ЦГМС-Р осуществляется при помощи гидродинамической модели Балтийского моря (BSM), автором которой является доктор физ.-мат. наук Константин Алексеевич Клеванный. В течение десяти прошедших лет данная модель развивалась и совершенствовалась, в ней появилось большое количество различных прогностических функций. На сегодняшний день в оперативной практике функционирует 7-я версия модели, учитывающая наличие в Невской губе дамбы, предназначенной для защиты Санкт-Петербурга от Невских наводнений.

Модель BSM-7 рассчитывается четыре раза в сутки по обновляющимся данным мезомасштабной атмосферной модели HIRLAM. Входными данными являются поля приземного давления и векторов ветра, сток Невы и расход воды через Датские проливы. Временной шаг модели составляет 180 с, пространственный шаг переменный по акватории Балтийского моря и изменяется от 16 метров в Невской губе до 1000 метров на акватории Балтики. Благодаря внедрению модели заблаговременность прогноза Невских наводнений увеличилась до 48 часов, хотя уверенный прогноз пока все равно не превышает 6 часов вследствие очень высокой сложности явления.

При помощи модели BSM-7 теперь прогнозист может получать информацию о прогностическом поле скоростей течений в Балтийском море (Рис. 1), поле уровня воды в Балтике (Рис. 2), уровне воды в выбранных точках акватории и, в частности, в пунктах наблюдений Кронштадт и Горный Институт (Рис. 3). Детальное поле структуры течений в Невской губе позволяет проанализировать изменчивость течений при открытых и закрытых водо- и судопропускных сооружениях дамбы, смоделировать распространение загрязнений в Невской губе (Рис. 4).

Рис. 3 - Модель ВSM. Прогноз хода уровня воды на станции Горный институт с 15 по 16 ноября 2001 г.

Рис. 4 - Модель BSM-7.  Прогностическое поле векторов течений в зоне КЗС.

Гидрометеорологическое обеспечение морской деятельности невозможно без прогноза ветрового волнения. До 2008 года прогноз ветрового волнения в Санкт-Петербургском ЦГМС-Р осуществлялся при помощи атласа волнения, синоптическими методами. Начиная с 2007 года в ЦГМС-Р велась работа по адаптации и внедрению в оперативную практику модели ветрового волнения. Из нескольких известных на сегодня моделей ветрового волнения была выбрана модель SWAN (Simulating WAves Nearshore), разработанная в Дельфтском Техническом Университете (Нидерланды). Основанием для такого выбора является ориентация модели на расчет волнения в ограниченных  акваториях, заливах, озерах и эстуариях, к числу которых относятся Финский залив и Невская губа.

Результаты расчета представляются полем высот волн. Дополнительно выдаются поля длин и периодов волн, а также направления волнения. Модель реализована в Санкт-Петербургском Гидрометцентре в трех версиях – для Ладожского озера, Финского залива и отдельно для Невской губы. Исходными данными служат прогностические поля приводного ветра, поставляемые атмосферными моделями ММ5 и HIRLAM, и поля течений из модели HIROMB. Заблаговременность прогноза составляет 24 часа с выдачей прогностических полей через каждые 3 часа, то есть 8 раз в течение суток.

В 2009 году модель рассчитывалась в испытательном режиме для Финского залива, Невской губы и Ладожского озера. На рисунках 5-8 представлены примеры прогностических карт высот и периодов значимых волн, рассчитанных по модели SWAN для различных акваторий. Параметры сеток глубин и волнения представлены в таблице 1.

  Сетка глубин Сетка волениня
Финский залив
N 752*735 301*121
d1 1/60 0.027
d2 1/60 0.017
           Невская губа
N  1451*1000  350*182
d1 Переменные шаги от 30 м до 300 м  0.0031
d2  0.0031
       Ладожское озеро
 N  1500*1000 112*96
 d1  0.62322Е-3  0.33277Е-1
 d2  0.34123Е-3  0.16616Е-1

Таблица 1 - Параметры сеток модели SWAN, где N – число узлов, d1 – шаг по параллели  (градусы), d2 – шаг по меридиану (градусы).

 

К морским моделям, используемым в Санкт-Петербургском ЦГМС-Р, относится и модель HIROMB. Расчет этой модели в Санкт-Петербурге не выполняется, но результаты моделирования ежедневно получаются из Стокгольма: обрабатываются, визуализируются и размещаются на внутренних ресурсах .

HIROMB (HIgh Resolution Operational Model for the Baltic Sea) – гидродинамическая бароклинная модель Балтийского моря, разработанная в Шведском Институте Метеорологии и Гидрологии (SMHI). Эта модель предоставляет информацию в трех пространственных разрешениях – с шагами 1, 3 и 12 морских миль – на 16 стандартных горизонтах от 4 до 230 метров. HIROMB позволяет предвычислять уровень моря, скорость и направление течения, соленость, температуру воды, характеристики ледового покрова (толщину, сплоченность, дивергенцию, дрейф). Результаты моделирования выдаются в виде ежечасных прогностических значений на 48 часов по всей акватории Балтийского моря. Вся полученная информация после визуализации доступна прогнозистам (Рис. 9, 10).

Рис. 9 - Модель HIROMB. Прогностическая карта отклонений уровня моря от среднего на 01:00 04-04-2008 г. Прогноз на 1 час по сроку 00:00  04-04-2008 г.

Рис. 10 - Модель HIROMB. Прогностическая карта сплоченности льда (в десятых долях) на акватории Ботнического и Финского заливов на 00:00 04-04-2008 г. Прогноз на 24 ч по сроку 00:00 от 03-04-2008 г.

Начиная с 2005 г. в Санкт-Петербургском ЦГМС-Р ведется работа над разработкой методических основ оперативного мониторинга и прогноза распространения нефтяных загрязнений на акватории Балтийского моря. Важность ее в первую очередь связана с тем, что Балтийское море и Финский залив являются районами интенсивного судоходства, а существенную часть транспортируемых в этих районах грузов составляют нефть и нефтепродукты.

При помощи интерактивной численной модели Seatrack Web (STW) Шведского института метеорологии и гидрологии (SMHI) в Гидрометцентре Санкт-Петербургского ЦГМС-Р рассчитывается прогноз распространения и дрейфа обнаруженных нефтяных пятен. Модель STW рассчитывает трансформацию пятен различных нефтепродуктов на 48 часов вперед с пространственным разрешением 3 мили. С учетом обновляющегося прогноза полей ветра и течений, прогноз обновляется каждые 3 часа. Модель позволяет получить состояние пятна (координаты, размеры, скорость и направление дрейфа и др.) на каждый момент времени, а также восстановить историю дрейфа пятна за 14 предыдущих суток. Модель STW рекомендована комиссией HELCOM (Хельсинская комиссия по защите морской среды Балтийского моря)  для интеграции в Балтийскую региональную структуру реагирования на разливы нефти.

В Стокгольме в SMHI постоянно функционирует специализированный прогностический центр, к которому с осени 2006 года Санкт-Петербургский Гидрометцентр официально подключен в качестве абонента.  С удаленного терминала системы в Санкт-Петербурге вводятся координаты источника загрязнения и вся необходимая дополнительная исходная информация. Результаты расчетов поступают на терминал для дальнейшего распространения и использования их при планировании и проведении защитных мероприятий, и в целях минимизации экономического ущерба.

Основным  графическим представлением результатов расчета является траектории движения центра нефтяного пятна (рис. 11). Географические координаты центра – широта и долгота с точностью до сотых долей минуты – наносятся на рисунок с временным разрешением 3 ч.

Рис. 11 - Представление результатов счета по модели STW в форме траектории  движения пятна.

Вторая графическая форма – выдача облака точек за весь период счета с разрешением 1 ч на одном рисунке. Наряду с показом траектории и облака точек предусмотрена выдача векторных полей течений и ветра с разрешением 1 ч, а также картины ледового покрова (рис. 12).

Рис. 12 - Результаты счета по модели STW на 3 суток и их визуализация на примере аварии судна UNIMAR 30-01-2006 г. Стрелками на рисунке представлены вектора течений, а красными точками положение нефтяного пятна.

Предусмотрена возможность табличного представления результатов счета для всех моментов времени с разрешением 1 ч. Оперативная круглосуточная служба Гидрометцентра Санкт-Петербургского ЦГМС-Р готова предоставлять по запросу организаций информацию о выявленных нефтяных разливах и производить расчеты их перемещения на сроки до 48 часов.





29-03-2010




Copyright (c) 2007-2019 ФГБУ
Северо-Западное УГМС.
Все права защищены.
При использовании всех размещенных на сайте материалов ссылка обязательна. Представленная информация предназначена исключительно для личного пользования и не может использоваться в коммерческих целях, для планирования мероприятий, реализация которых связана с риском материальнvх потерь или человеческих жертв. Для получения официальных данных обращайтесь в группу бухгалтерии по работе с заказчиками.