hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-879Research ArticleФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ГИДРОФИЗИКИFUNDAMENTAL ISSUES OF HYDROPHYSICSСхема расчета притока энергии от ветра к волнам для моделей прогноза ветровых волнWind input scheme for wave forecast modelБулгаковК. Ю.BulgakovK. Yu.СтригуноваЯ. В.StrigunovaY. V.Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН; Российский государственный гидрометеорологический университетРоссияSaint-Petersburg Branch of the P. P. Shirshov Institute of Oceanology of RAS; Russian State Hydrometeorology UniversityRussian FederationРоссийский государственный гидрометеорологический университетРоссияRussian State Hydrometeorology UniversityRussian Federation2017201120221022024Copyright © Булгаков К.Ю., Стригунова Я.В., 20222022Булгаков К.Ю., Стригунова Я.В.Bulgakov K.Y., Strigunova Y.V.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/879

Обосновывается необходимость формулировки новых схем расчета притока энергии от ветра к волнам, предназначенных для включения в модели прогноза ветровых волн. Описывается схема, основанная на линейной теории Майлза, которая связывает Фурье-компоненты поверхностного давления с Фурье-компонентами возвышения через так называемую бета-функцию. Бета-функция представляется как зависимость от отношения скорости ветра на высоте половины волны к фазовой скорости моды для данного волнового числа. Приводится аппроксимация бета-функции, полученная по данным статистической обработки результатов прямого совместного моделирования волн и приволнового слоя атмосферы. Показаны результаты испытания данного метода в модели прогноза ветровых волн WAVEWATCH, которая была адаптирована для региона Балтийского моря. Описывается система прогноза морских волн WAVEWATCH/WRF. Данной системой был проведен эксперимент по воспроизведению шторма, который наблюдался 18—22 августа 2014 г. Приводятся результаты экспериментов, а также сравнение результатов с данными наблюдений, полученных с буя FMI. Показано, что модель прогноза ветровых волн с внедренной в неё предложенной схемой успешно воспроизвела эволюцию волнения.

The importance of the formulation of new calculation schemes of energy inflow from wind to waves intended for inclusion in forecasting models of wind waves is proved. The scheme based on Miles linear theory which connects Fourier components of superficial pressure with Fourier components of an eminence through so-called beta-function is described. The beta-function is presented as the dependence on the wind speed relation at height of a half of a wave to the phase speed of mode for this wave number. The approximation of beta-function received according to data of statistical processing of results of direct joint simulation of the waves and ground-level layer of the atmosphere is presented. The test results of the method in the model of forecast of wind waves WAVEWATCH, which was adapted for the Baltic sea region are shown. The system of the forecast of sea waves WAVEWATCH/WRF is described. This system was used for the experiment on the storm reproduction which was observed in August 18—22 2014. The results of the experiments as well as the comparison of results with the observations data received from FMI buoy are given. It is shown that the forecast model of wind waves with the offered scheme introduced in it has successfully reproduced nervousness evolution.

ветровые волнымоделированиеприток энергии от ветраwind wavesmodelingwind inputИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 16-17-00124).ReferencesDonelan M. A., Curcic M., Chen S. S., Magnusson A. K. Modeling waves and wind stress // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. 1—26.Donelan M. A., Curcic M., Chen S. S., Magnusson A. K. Modeling waves and wind stress // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. 1—26.Jeffreys H. On the formation of waves by wind // Proc. R. Soc. A. 1924. V. 107. P. 189—206.Jeffreys H. On the formation of waves by wind // Proc. R. Soc. A. 1924. V. 107. P. 189—206.Jeffreys H. On the formation of waves by wind II // Proc. R. Soc. A. 1925. V. 110. P. 341—347.Jeffreys H. On the formation of waves by wind II // Proc. R. Soc. A. 1925. V. 110. P. 341—347.Holthuijsen L. H., Booij N., Ris R. C. A spectral wave model for the coastal zone // Proc. 2nd International Symposium on Ocean Wave Measurement and Analysis. New Orleans. July 25—28. 1993. New York. P. 630—641.Holthuijsen L. H., Booij N., Ris R. C. A spectral wave model for the coastal zone // Proc. 2nd International Symposium on Ocean Wave Measurement and Analysis. New Orleans. July 25—28. 1993. New York. P. 630—641.Chalikov D., Sheinin D. Direct Modeling of One-dimensional Nonlinear Potential Waves // Advances in Fluid Mechanics. 1998. V. 17. P. 207—258.Chalikov D., Sheinin D. Direct Modeling of One-dimensional Nonlinear Potential Waves // Advances in Fluid Mechanics. 1998. V. 17. P. 207—258.Chalikov D., Sheinin D. Modeling of Extreme Waves Based on Equations of Potential Flow with a Free Surface // Journ. Comp. Phys. 2005. V. 210. P. 247—273.Chalikov D., Sheinin D. Modeling of Extreme Waves Based on Equations of Potential Flow with a Free Surface // Journ. Comp. Phys. 2005. V. 210. P. 247—273.Chalikov D., Rainchik S. Coupled numerical modeling of wind and waves and the theory of the wave boundary layer // Boundary Layer Meteorol. 2010. V. 138. Iss. 1. P. 1—41.Chalikov D., Rainchik S. Coupled numerical modeling of wind and waves and the theory of the wave boundary layer // Boundary Layer Meteorol. 2010. V. 138. Iss. 1. P. 1—41.Miles J. W. On the generation of surface waves by shearflows // J. Fluid Mech. 1957. V. 3. Iss. 2. P. 185—204.Miles J. W. On the generation of surface waves by shearflows // J. Fluid Mech. 1957. V. 3. Iss. 2. P. 185—204.Tolman H. L. A third generation model for wind waves on slowly varying, unsteady and inhomogeneous depths and currents // J. Phys. Oceanogr. 1991. V. 21. P. 782—797.Tolman H. L. A third generation model for wind waves on slowly varying, unsteady and inhomogeneous depths and currents // J. Phys. Oceanogr. 1991. V. 21. P. 782—797.Street I. S. Modeling the wave climate in the Baltic sea // Journal of Water Management and Research. 2014. V. 70. P. 19—29.Street I. S. Modeling the wave climate in the Baltic sea // Journal of Water Management and Research. 2014. V. 70. P. 19—29.Michalakes J., Dudhia J., Gill D., Henderson T., Klemp J., Skamarock W., Wang W. The Weather Reseach and Forecast Model: Software Architecture and Performance // Proceedings of the 11th ECMWF Workshop on the Use of High Performance Computing In Meteorology, 25—29 October 2004, Reading U.K. Ed. George Mozdzynski.Michalakes J., Dudhia J., Gill D., Henderson T., Klemp J., Skamarock W., Wang W. The Weather Reseach and Forecast Model: Software Architecture and Performance // Proceedings of the 11th ECMWF Workshop on the Use of High Performance Computing In Meteorology, 25—29 October 2004, Reading U.K. Ed. George Mozdzynski.National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/U.S. Department of Commerce, NCEP FNL Operational Model Global Tropospheric Analyses, continuing from July 1999. Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory, Boulder, CO. 2000. P. 11—14. URL: http://dx.doi.org/10.5065/D6M043C6. (Дата обращения: 10.07.2015).National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/U.S. Department of Commerce, NCEP FNL Operational Model Global Tropospheric Analyses, continuing from July 1999. Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory, Boulder, CO. 2000. P. 11—14. URL: http://dx.doi.org/10.5065/D6M043C6. (Дата обращения: 10.07.2015).Tolman H. L., Chalikov D. V. Source terms in a third-generation wind-wave model // J. Phys. Oceanogr. 1996. V. 26. P. 2497—2518.Tolman H. L., Chalikov D. V. Source terms in a third-generation wind-wave model // J. Phys. Oceanogr. 1996. V. 26. P. 2497—2518.

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