Моделирование баротропного прилива у юго-восточного побережья п-ва Камчатка с учетом точности глобальных приливных моделей в северо-западном регионе Тихого океана

В настоящей работе представлена реализация численной конечно-объемной региональной модели FESOM–С для предвычисления баротропной приливной динамики в тихоокеанских водах, прилегающих к юго-востоку п-ва Камчатка. Динамика воспроизводится для отдельных гармоник полусуточного M2 и суточного K1 диапазона приливного спектра, а также для суммарного прилива из 12-ти составляющих. Результаты расчетов, полученные на детальной неструктурированной сетке, интерпретируются в рамках волнового подхода. Региональная модель выявила изменчивость гармонических постоянных приливных колебаний уровня и характеристик течений на шельфе и изрезанном каньонами континентальном склоне из-за топографического рассеивания приливных волн. Оценены максимальные течения и вихревые структуры, связанные с остаточной приливной циркуляцией на шельфе и континентальном склоне. Выполнены эксперименты по чувствительности численного решения к заданию условий на открытых границах, взятых из двух современных глобальных приливных моделей FES2014 и TPXO9. Решение в региональной модели слабо зависит от этого выбора и хорошо согласуется с имеющимися немногочисленными данными по приливам. Однако оказалось, что решения самих глобальных моделей значимо отличаются между собой в поле приливных течений. Дополнительно было сделано сравнение точности решений глобальных приливных моделей для региона, включающего Охотское море и тихоокеанские воды вдоль островов Курильской гряды и п-ва Камчатка. Это сравнение было выполнено для верифицированной базы гармонических постоянных приливного уровня из советских и британских таблиц приливов. Хотя в среднем по области ошибки расчета приливного уровня малы и близки к официально заявленным, в отдельных районах региона ошибки глобальных моделей были весьма значимы. Их географическая привязка зависит от конкретной модели и сравниваемой приливной гармоники. Это означает, что к использованию результатов глобальных приливных моделей на региональном масштабе следует относиться с осторожностью, а актуальность развития регионального моделирования приливной динамики сохраняется.

1. Stammer D., Ray R.D., Andersen O.B. et al. Accuracy assessment of global barotropic ocean tide models // Reviews of Geophysics. 2014. Vol. 52. P. 243–282. doi:10.1002/2014RG000450

2. Cipollini P., Benveniste J., Birol F. et al. Satellite altimetry in coastal regions. In: Satellite altimetry over oceans and land surfaces / Eds. Stammer D., Cazenave A. CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2017. P. 343–380. doi:10.1201/9781315151779-11

3. Ranji Z., Hejazi K., Soltanpour M., Allahyar M.R. Inter-comparison of recent tide models for the Persian Gulf and Oman Sea // Coastal Engineering Proceedings. 2016. N 35, currents. 9. doi:10.9753/icce.v35.currents.9

4. Fu Y., Feng Y., Zhou D. et al. Accuracy assessment of global ocean tide models in the South China Sea using satellite altimeter and tide gauge data // Acta Oceanologia Sinica. 2020. Vol. 39. P. 1–10. doi:10.1007/s13131-020-1685-y

5. Sun W., Zhou X., Zhou D., Sun Y. Advances and accuracy assessment of ocean tide models in the Antarctic Ocean // Frontiers in Earth Science. 2022. Vol.10. doi:10.3389/feart.2022.757821

6. Khomsin D., Pratomo G., Rohmawati C.N. Analysis of accuracy comparison tidal global (FES2014, TPXO9) and regional (BIG Prediction) models to the existing tides in Surabaya and surrounding waters // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. N 936. P. 012028. doi:10.1088/1755-1315/936/1/012028

7. Hart-Davis M.G., Dettmering D., Sulzbach R. et al. Regional Evaluation of Minor Tidal Constituents for Improved Estimation of Ocean Tides // Remote Sensing. 2021. Vol. 13, iss. 16, N 3310. doi:10.3390/rs13163310

8. Lee J.-C., Lee D-H. Accuracy assessment of recent global ocean tide models using tide gauge measurements from the East Sea of Korea // Journal of Coastal Research. 2023. Vol. 39, N 2. P. 354–359. doi:10.2112/JCOASTRES-D-22TM-00010.1

9. de Azkue M.F., D’Onofrio E.E., Jacobs A. Assessing the accuracy of ocean tide models by using variance of residuals of satellite sea level heights in the Patagonian shelf // Anales Del Instituto De La Patagonia. 2022. Vol. 50. doi:10.22352/AIP202250004

10. Ahn J.E., Ronan A.D. Impact of discrepancies between global ocean tide models on tidal simulations in the Shinnecock Bay area // Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 2019. Vol. 145, N 2. doi:10.1061/(ASCE)WW.1943–5460.0000500

11. Saraceno M., D’Onofrio E.E., Fiore M.E., Grismeyer W.H. Tide model comparison over the Southwestern Atlantic Shelf // Continental Shelf Research. 2010. Vol. 30, N 17. P. 1865–1875. doi:10.1016/j.csr.2010.08.014

12. Ray R.D., Loomis B.D., Luthcke S.B., Rachlin K.E. Tests of ocean-tide models by analysis of satellite-to-satellite range measurements: an update // Geophysical Journal International. 2019. Vol. 217. P. 1174–1178. doi:10.1093/gji/ggz062

13. Egbert G.D., Erofeeva S.Y. Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2002. Vol. 19, N 2. P. 183–204. doi:10.1175/1520-0426(2002)019<0183: EIMOBO>2.0.CO;2

14. Lyard F., Allain D., Cancet M., Carrère L., Picot N. FES2014 global ocean tide atlas: design and performance // Ocean Science, European Geosciences Union. 2021. Vol. 17. P. 615–649. doi:10.5194/os-17-615-2021

15. Варкентин А.И., Саушкина Д.Я. О некоторых вопросах воспроизводства минтая в тихоокеанских водах, прилегающих к Камчатке и северным Курильским островам в 2013–2022 гг. // Труды ВНИРО. 2022. Vol. 189. P. 105– 119. doi:10.36038/2307-3497-2022-189-105-119

16. Suzuki K., Kanari S. Tidal simulation of the Sea of Okhotsk // Kaiyo Kagaku. 1986, Vol. 18 P. 455–463. (in Japanese)

17. Kowalik Z., Polyakov I. Tides in the Sea of Okhotsk // Journal of Physical Oceanography 1998. Vol. 28, N 7. P. 1389– 1409. doi:10.1029/93jc01363

18. Мороз В.В., Богданов К.Т., Ростов В.И., Ростов И.Д. Электронный атлас приливов окраинных морей северной Пацифики // Вестник ДВО РАН. 2010. № 1. С. 102–106.

19. Nekrasov A.V., Romanenkov D.A. Impact of tidal power dams upon tides and environmental conditions in the Sea of Okhotsk // Continental Shelf Research. 2010. Vol. 30, N 6. P. 538–552. doi:10.1016/j.csr.2009.06.005

20. Nakamura T., Awaji T., Hatayama T., Kazunori A. Tidal exchange through Kuril Straits // Journal of Physical Oceanography. 2000. Vol. 30. P. 1622–1644. doi:10.1175/1520-0485(2000)030<1622: TETTKS>2.0.CO;2

21. Nakamura T., Matthews J.P., Awaji T., Mitsudera H. Submesoscale eddies near the Kuril Straits: Asymmetric generation of clockwise and counterclockwise eddies by barotropic tidal flow // Journal of Geophysical Research. Oceans. 2012. Vol. 117, N C12. doi:10.1029/2011JC007754

22. Tanaka Y., Hibiya T., Niwa Y., Iwamae N. Numerical study of K1 internal tides in the Kuril Straits // Journal of Geophysical Research. 2010. Vol. 115, N C9. doi:10.1029/2009jc005903

23. Zaron E.D. Topographic and frictional controls on tides in the Sea of Okhotsk // Ocean Modelling. 2017. Vol. 117. P. 1–11. doi:10.1016/j.ocemod.2017.06.011

24. Shu H.W., Mitsudera H., Yamazaki K. et al. Tidally modified western boundary current drives interbasin exchange between the Sea of Okhotsk and the North Pacific // Scientific Reports. 2021. Vol. 11, N 12037. doi:10.1038/s41598-021-91412-y

25. Любицкий Ю.В. Об оценке качества прогнозов суммарных уровней приливного моря // Юбилейный выпуск «ДВНИГМИ-65 лет». Владивосток: Дальнаука, 2015. С. 52–62.

26. Родионов А.А., Андросов А.А., Фофонова В.В., Кузнецов И.С., Вольцингер Н.Е. Моделирование приливной динамики северных проливов Курильской гряды // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021. Т. 14, № 3. С. 20–34. doi:10.7868/S2073667321030023

27. Ефимов В.В., Куликов Е.А., Рабинович А.Б., Файн И.В. Волны в пограничных областях океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 280 с.

28. Шевченко Г.В., Романов А.А. Определение параметров суточных приливных шельфовых волн в районе Северных Курильских островов по данным спутниковой альтиметрии // Исследование Земли из космоса. 2008. № 3. С. 76–87.

29. Таблицы приливов. Гармонические постоянные для предвычисления приливов. Л.: Изд. Гидрографического управления ВМФ СССР. 1948. Т. 2. 295 с.

30. Таблицы приливов. Воды Азиатской части СССР и прилегающих зарубежных районов. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. 192 с.

31. Admiralty tide tables. Vol.41998. / NP 204. Pacific Ocean (Including tidal stream tables). Taunton, Somerset: United Kingdom Hydrographic Office. 1998. NP204.

32. National Data Buoy Center (NDBC). Current online. 2023. URL: https://www.ndbc.noaa.gov/station_page.php?station=21419; https://www.ndbc.noaa.gov/station_page.php?station=21416 (дата обращения: 20.06.2023).

33. WXTIDE32. Windows tide and current prediction program. URL: http://www.wxtide32.com/ (дата обращения: 20.06.2023).

34. Androsov A., Fofonova V., Kuznetsov I. et al. FESOM–C v.2: coastal dynamics on hybrid unstructured meshes // Geoscientific Model Development. 2019. Vol. 12. P. 1009–1028. doi:10.5194/gmd-12–1009–2019

35. Зинченко В.А., Романенков Д.А., Андросов А.А. Сравнение вычислительной эффективности модели FESOM-c для расчета прибрежной баротропной гидродинамики при использовании различных неструктурированных сеток // Процессы в геосредах. 2018. № 3 (17). С. 227–228.

36. Kuznetsov I., Androsov A., Fofonova V. et al. Evaluation and Application of Newly Designed Finite Volume Coastal Model FESOM–C, Effect of Variable Resolution in the Southeastern North Sea // Water. 2020. Vol. 12, N 5. P. 1412. doi:10.3390/w12051412

37. Fofonova V., Androsov A., Sander L. et al. Non-linear aspects of the tidal dynamics in the Sylt-Rømø Bight, south-eastern North Sea // Ocean Science. 2019. Vol. 15. P. 1761–1782. doi:10.5194/os-15-1761–2019

38. Fofonova V., Kärnä T., Klingbeil K. et al. Plume spreading test case for coastal ocean models // Geoscientific Model Development. 2021. Vol. 14, N 11. P. 6945–6975. doi:10.5194/gmd-14-6945–2021

39. Geuzaine C., Remacle J.-F. Gmsh: a three-dimensional finite element mesh generator with built-in preand post-processing facilities // International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2009. Vol. 79, N 11. P. 1309–1331. doi:10.1002/nme.2579

40. Holt J., Hyder P., Ashworth M. et al. Prospects for improving the representation of coastal and shelf seas in global ocean models // Geoscientific Model Development. 2017. Vol. 10. P. 499–523. doi:10.5194/gmd-10-499–2017

41. NOAA National Centers for Environmental Information. 2022: ETOPO 2022 15 Arc-Second Global Relief Model. NOAA National Centers for Environmental Information. doi: 10.25921/fd45-gt74 (дата обращения: 27.06.2023).

42. Дуванин А.И. Приливы в море. Л.: Гидрометеоиздат, 1960. 390 c.

43. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. IX. Охотское море. Вып. 1. Гидрометеорологические условия / Под ред. Б.Х. Глуховского, Н.П. Гоптарева, Ф.С. Терзиева. СПб.: Гидрометеоиздат, 2003. 398 с.

44. Shevchenko G.V., Rabinovich A.B., Thomson R.E. Sea-ice drift on the Northeastern Shelf of Sakhalin Island // Journal of Physical Oceanography. 2004. Vol. 34, N 11. P. 2470–2491. doi:10.1175/JPO2632.1