hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2023.16(3)-2hydrophysics-1234Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESЗависимость вероятностных распределений высот волн от физических параметров по результатам измерений у острова СахалинThe dependence of wave height probability distributions on physical parameters from measurements near Sakhalin Islandhttps://orcid.org/0000-0001-7782-2991СлюняевА. В.SlunyaevA. V.

Алексей Викторович Слюняев

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

603155

ул. Большая Печерская, 25/12

690041

ул. Балтийская, 43

Нижний Новгород

Приморский край

Владивосток

РИНЦ Author ID: 40953

Scopus Author ID: 11138998900

WoS Researcher ID: A-3272–2014

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

603155

Str. Bolshaya Pecherskaya, 25/12

690041

Baltijskaya Street, 43

Nizhny Novgorod

Vladivostok

slunyaev@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5196-537XКокоринаА. В.KokorinaA. V.

Анна Витальевна Кокорина

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

Нижний Новгород

РИНЦ Author ID: 161766

Scopus Author ID: 26424742400

 WoS Researcher ID: T-3545–2018

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

Nizhny Novgorod

a.sergeeva@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1383-363XЗайцевА. И.ZaytsevA. I.

Андрей Иванович Зайцев

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

693023

ул. А.М. Горького, д. 25

Нижний Новгород

Южно-Сахалинск

РИНЦ Author ID: 133746

Scopus Author ID: 36866694500

WoS Researcher ID: A-1772–2014

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

693023

Str. A.M. Gor’kogo, 25

Nizhny Novgorod

Yuzhno-Sakhalinsk

aizaytsev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2962-5584ДиденкуловаЕ. Г.DidenkulovaE. G.

Екатерина Геннадьевна Диденкулова

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

603155

ул. Большая Печерская, 25/12

690041

ул. Балтийская, 43

Нижний Новгород

Приморский край

Владивосток

РИНЦ Author ID: 643684

Scopus Author ID: 36915865200

WoS Researcher ID: A-3297–2014

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

603155

Str. Bolshaya Pecherskaya, 25/12

690041

Baltijskaya Street, 43

Nizhny Novgorod

Vladivostok

eshurgalina@ipfran.ruМосквитинА. А.MoskvitinA. A.

Александр Анатольевич Москвитин

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

693023

ул. А.М. Горького, д. 25

Нижний Новгород

Южно-Сахалинск

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

693023

Str. A.M. Gor’kogo, 25

Nizhny Novgorod

Yuzhno-Sakhalinsk

a.moskvitin@skbsami.ruДиденкуловО. И.DidenkulovO. I.

Олег Игоревич Диденкулов

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

Нижний Новгород

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

Nizhny Novgorod

didenkulov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5092-0302ПелиновскийЕ. Н.PelinovskyE. N.

Ефим Наумович Пелиновский

603950

БОКС-120, ул. Ульянова, 46

603155

ул. Большая Печерская, 25/12

690041

ул. Балтийская, 43

Нижний Новгород

Приморский край

Владивосток

ИНЦ Author ID: 103314

Scopus Author ID: 7004951110

WoS Researcher ID: I-3670–2013

603950

Box-120, Ulyanova Street, 46

603155

Str. Bolshaya Pecherskaya, 25/12

690041

Baltijskaya Street, 43

Nizhny Novgorod

Vladivostok

pelinovsky@ipfran.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»; Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»; Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНРоссияFederal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences; National Research University — Higher School of Economics; V.I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch RASRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»РоссияFederal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»; Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАНРоссияFederal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences; Special Design Bureau for Marine Research Automation of RAS Far Eastern BranchRussian Federation2023191020231631829Copyright © Слюняев А.В., Кокорина А.В., Зайцев А.И., Диденкулова Е.Г., Москвитин А.А., Диденкулов О.И., Пелиновский Е.Н., 20232023Слюняев А.В., Кокорина А.В., Зайцев А.И., Диденкулова Е.Г., Москвитин А.А., Диденкулов О.И., Пелиновский Е.Н.Slunyaev A.V., Kokorina A.V., Zaytsev A.I., Didenkulova E.G., Moskvitin A.A., Didenkulov O.I., Pelinovsky E.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1234

   Данные длительных измерений поверхностного волнения донными датчиками у о-ва Сахалин использованы для построения инструментальных распределений вероятностей превышения высот волн. Зарегистрированы волны с высотой, превышающей значительную высоту более чем в 3 раза. Обсуждаются особенности результатов наблюдений, выполненных в периоды покрытия морской поверхности льдом и открытой воды. Для создания выборок статистически однородных данных выполнена селекция с учетом естественных физических безразмерных параметров задачи, контролирующих эффекты конечной глубины и нелинейности (крутизна, отношение амплитуд волн к глубине, параметр Урселла). Обсуждается проявление этих и производных от них параметров в теоретических распределениях вероятностей высот волн. Оценены эффекты нелинейности и глубины точки измерения на вероятностные распределения с фокусом на аномально высокие волны. В частности показано, что для места регистрации рост отношения амплитуд волн к глубине приводит к уменьшению вероятности аномально высоких волн. Это поведение согласуется с теоретическим распределением Глуховского. Волны, характеризуемые сравнительно большим параметром безразмерной глубины, демонстрируют более высокую вероятность волн с существенным превышением значительной высоты и лучше описываются распределением Рэлея.

   The data of long-term surface waves measurements with bottom sensors near Sakhalin Island were used to build instrumental probability distributions for exceedance of wave heights. Waves with heights exceeding the significant wave height by more than three times were recorded. Specific features of the observations conducted during the periods of open and ice-covered sea surfaces are discussed. The subsets of statistically homogeneous data are arranged through selection considering the natural physical dimensionless parameters of the task, that control the effects of finite depth and nonlinearity (namely, the wave steepness, the wave amplitude to water depth ratio, the Ursell parameter). The manifestation of these and composite parameters in theoretical probability distributions of wave heights is discussed. The effects of nonlinearity and the measurement point depth on probability distributions are estimated with a focus on abnormally high waves. In particular, it is shown that for the place of registration an increase in the wave amplitude to water depth ratio parameter leads to a decrease in the probability of abnormally high waves. This behavior is consistent with the Glukhovsky theoretical distribution. The waves characterized by relatively large dimensionless depth parameter exhibit a higher probability of substantial exceedance of the significant height and are better described by the Rayleigh distribution.

поверхностные морские волныраспределение вероятностей высот волнаномально высокие волнынелинейные волныпараметр Урселлаэффект конечной глубиныsea surface waveswave height probability distributionrogue wavesnonlinear wavesUrsell parameterfinite depth effectИсследования выполнены при поддержке гранта РНФ № 22-17-00153The research is supported by the Russian Science Foundation under the grant № 22-17-00153ReferencesЗайцев А.И., Малашенко А.Е., Пелиновский Е.Н. Аномально большие волны вблизи южного побережья о. Сахалин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2011. Т. 4, № 4. С. 35–42.Zaytsev A.I., Malashenko A. Ye., Pelinovskiy E.N. Abnormally large waves near the southern coast of Sakhalin Island. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2011, 4(4), 35–42 (in Russian).Кузнецов К.И., Зайцев А.И., Костенко И.С., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н. Наблюдения волн-убийц в прибрежной зоне о. Сахалин // Экологические системы и приборы. 2014. № 2. С. 33–39.Kuznetsov K.I., Zaytsev A.I., Kostenko I.S., Kurkin A.A., Pelinovskiy E.N. Observations of the freak waves in the coastal zone of the Sakhalin Island. Ecological Systems and Devices. 2014, 2, 33–39.Didenkulova E., Zaitsev A. In situ wave measurements in the Sea of Okhotsk // Proc. The Fourteenth International MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Science, Engineering, Management and Conservation. 2019. Vol. 2. pp. 755–762.Didenkulova E., Zaitsev A. In situ wave measurements in the Sea of Okhotsk. Proc. The Fourteenth International MEDCOAST Congress on Coastal and Marine Science, Engineering, Management and Conservation. 2019, 2, 755–762.Кокорина А.В., Слюняев А.В., Зайцев А.И., Диденкулова Е.Г., Москвитин А.А., Диденкулова И.И., Пелиновский Е.Н. Анализ данных долговременных измерений волн у острова Сахалин // Экологические системы и приборы. 2022. № 12. С. 45–54. doi: 10.25791/esip.12.2022.1339Kokorina A.V., Slunyaev A.V., Zaytsev A.I., Didenkulova E.G., Moskvitin A.A., Didenkulova I.I., Pelinovskiy E.N. Analysis of the data of long-term wave measurements near Sakhalin Island. Ecological Systems and Devices. 2022, 12, 45–54. doi: 10.25791/esip.12.2022.1339Massel S.R. Ocean surface waves: Their physics and prediction. World Scientifc Publ., Singapore. 1996. 491 p.Massel S.R. Ocean surface waves: Their physics and prediction. World Scientifc Publ., Singapore. 1996. 491 p.Baschek B., Imai J. Rogue wave observations off the US West Coast // Oceanography. 2011. Vol. 24. P. 158–165. doi: 10.5670/oceanog.2011.35Baschek B., Imai J. Rogue wave observations off the US West Coast. Oceanography. 2011, 24, 158–165. doi: 10.5670/oceanog.2011.35Cattrell A.D., Srokosz M., Moat B.I., Marsh R. Can rogue waves be predicted using characteristic wave parameters? // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018. Vol. 123. P. 5624–5636. doi: 10.1029/2018JC013958Cattrell A.D., Srokosz M., Moat B.I., Marsh R. Can rogue waves be predicted using characteristic wave parameters? Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018, 123, 5624–5636. doi:10.1029/2018JC013958Cattrell A.D., Srokosz M., Moat B.I., Marsh R. Seasonal intensification and trends of rogue wave events on the US western seaboard // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. P. 4461. doi: 10.1038/s41598-019-41099-zCattrell A.D., Srokosz M., Moat B.I., Marsh R. Seasonal intensification and trends of rogue wave events on the US western seaboard. Scientific Reports. 2019, 9, 4461. doi: 10.1038/s41598-019-41099-zСлюняев А.В., Пелиновский Д.Е., Пелиновский Е.Н. Морские волны-убийцы: наблюдения, физика и математика // Успехи физических наук. 2023. Т. 193, № 2. С. 155–181. doi: 10.3367/UFNr.2021.08.039038Slunyaev A.V., Pelinovsky D.E., Pelinovsky E.N. Rogue waves in the sea: observations, physics and mathematics. Physics — Uspekhi. 2023, 66(2), 148–172. doi: 10.3367/UFNe.2021.08.039038McLean J.W. Instabilities of finite-amplitude gravity waves on water of finite depth // Journal of Fluid Mechanics. 1982. Vol. 114. P. 331–341. doi:10.1017/S0022112082000184McLean J.W. Instabilities of finite-amplitude gravity waves on water of finite depth. Journal of Fluid Mechanics.1982, 114, 331–341. doi: 10.1017/S0022112082000184Onorato M., Proment D., El G., Randoux S., Suret P. On the origin of heavy-tail statistics in equations of the Nonlinear Schrödinger type // Physics Letters A. 2016. Vol. 380. P. 3173–3177. doi: 10.1016/j.physleta.2016.07.048Onorato M., Proment D., El G., Randoux S., Suret P. On the origin of heavy-tail statistics in equations of the Nonlinear Schrödinger type. Physics Letters A. 2016, 380, 3173–3177. doi: 10.1016/j.physleta.2016.07.048Пелиновский Е.Н., Родин А.А., Шургалина Е.Г. О Критериях перехода опрокидывающегося бора в волнообразный // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. С. 598–601. doi: 10.7868/S0002351515050090Pelinovsky E.N., Shurgalina E.G., Rodin A.A. Criteria for the transition from a breaking bore to an undular bore. Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2015, 51, 530–533. doi: 10.1134/S0001433815050096Toffoli A., Onorato M., Babanin A.V., Bitner-Gregersen E., Osborne A.R., Monbaliu J. Second-order theory and setup in surface gravity waves: a comparison with experimental data // Journal of Physical Oceanography. 2007. Vol. 37. P. 2726–2739. doi: 10.1175/2007JPO3634.1Toffoli A., Onorato M., Babanin A.V., Bitner-Gregersen E., Osborne A.R., Monbaliu J. Second-order theory and setup in surface gravity waves: a comparison with experimental data. Journal of Physical Oceanography. 2007, 37, 2726–2739. doi: 10.1175/2007JPO3634.1Pelinovsky E., Sergeeva A. Numerical modeling of the KdV random wave field // European Journal of Mechanics — B/Fluids. 2006. Vol. 25. P. 425–434. doi: 10.1016/j.euromechflu.2005.11.001Pelinovsky E., Sergeeva A. Numerical modeling of the KdV random wave field. European Journal of Mechanics — B/Fluids. 2006, 25, 425–434. doi: 10.1016/j.euromechflu.2005.11.001Slunyaev A.V., Sergeeva A.V., Didenkulova I. Rogue events in spatiotemporal numerical simulations of unidirectional waves in basins of different depth // Natural Hazards. 2016. Vol. 84. P. 549–565. doi: 10.1007/s11069-016-2430-xSlunyaev A.V., Sergeeva A.V., Didenkulova I. Rogue events in spatiotemporal numerical simulations of unidirectional waves in basins of different depth. Natural Hazards. 2016, 84, 549–565. doi: 10.1007/s11069-016-2430-xMori N., Janssen P.A.E.M. On kurtosis and occurrence probability of freak waves // Journal of Physical Oceanography. 2006. Vol. 36. P. 1471–1483. doi:10.1175/JPO2922.1Mori N., Janssen P.A.E.M. On kurtosis and occurrence probability of freak waves. Journal of Physical Oceanography. 2006, 36, 1471–1483. doi: 10.1175/JPO2922.1Слюняев А.В., Сергеева А.В. Стохастическое моделирование однонаправленных интенсивных волн на глубокой воде в приложении к аномальным морским волнам // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2011. Т. 94. С. 850–858.Slunyaev A.V., Sergeeva A.V. Stochastic simulation of unidirectional intense waves in deep water applied to rogue waves. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. 2011, 94, 779–786. doi: 10.1134/S0021364011220103

The authors declare that there are no conflicts of interest present.