Приложение Г (рекомендуемое). Методы расчета режимных характеристик морского ветрового волнения

Приложение Г
(рекомендуемое)

Методы расчета режимных характеристик морского ветрового волнения

Г.1 При исследовании режима ветрового волнения искомые характеристики рекомендуется разделять на 2 группы: частой повторяемости (оперативные, нормальные, фоновые, эксплуатационные) и редкой повторяемости (экстремальные, расчетные), возможные 1 раз в 5, 10, ..., 100 лет и более.

Г.2 При исследовании оперативных характеристик ветрового волнения (частой повторяемости) допустимо использовать 10-летний ряд расчетов/наблюдений.

Г.3 Метод расчета оперативных характеристик ветрового волнения по типовым картам атмосферного давления допустимо использовать при наличии 10-летнего 4-срочного ряда синоптических карт для выбранной акватории.

Г.3.1 Исходной информацией являются данные синоптических карт.

Г.3.2 Скорость ветра , м/с, над водной поверхностью на горизонте Z = 10 м следует определять по формулам (А.1), (А.2) (приложение А).

Г.3.3 Расчет характеристик волнения ведется не для всех полей приземного давления за выбранный интервал времени, а лишь для тех, которые признаны типовыми.

Г.3.4 Выделение типовых полей давления состоит из нескольких этапов. На первом этапе проводится районирование всего моря. В каждом районе моря выделяют наиболее репрезентативную точку. По скорости и направлению ветра в данной точке все поля давления разделяют на типы и подтипы. В направлении ветра выделяют 8 румбов (С, СВ, В и т.д.), а скорость ветра разбивают на градации с шагом 5 м/с (0-5, 6-10, 10-15 м/с и т.д.). Сочетание каждого румба и градации называется типом. В соответствии со спецификой барического поля над всем морем в типах выделяют подтипы. Например, тип - северный ветер 0-5 м/с, подтип - циклон над северо-западной частью моря или подтип - гребень над центральной частью моря и т.д.

Г.3.5 В каждом типе (или подтипе, если они выделены) выбирается одна синоптическая карта (типовая), которой приписывается повторяемость всех карт, попавших в данный тип.

Г.3.6 Расчет элементов волнения следует определять в соответствии с 4.2 для глубоководных акваторий и 4.3 для мелководных акваторий.

Г.3.7 По полученным значениям элементов волн и с учетом повторяемости типа/подтипа строят эмпирические распределения высот и периодов волн. Эмпирические распределения аппроксимируются распределением Вейбулла:

, (Г.1)

где - медианное климатическое значение средней высоты волны, м,

- параметр распределения.

Г.4 Метод определения оперативных характеристик ветрового волнения с использованием полей ветра, рассчитанных по региональным атмосферным моделям, допускается применять при наличии 10-летнего ряда рассчитанных полей ветра.

Г.4.1 Исходной информацией для метода, использующего региональные атмосферные модели, являются гидрометеорологические данные, хранящиеся в Мировых центрах данных.

Г.4.2 Эти данные являются входной информацией для моделей ветрового волнения в соответствии с формулой (В.1) (приложение В). По всем полям приземного ветра рассчитываются поля элементов волн.

Г.4.3 Для каждой точки сеточной области по полученным значениям элементов волн строят эмпирические распределения высот и периодов волн.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

Г.4.3 Эмпирические распределения аппроксимируются теоретическими распределениями Вейбулла (Г.1) и логнормальным:

(Г.2)

Г.4.4 Для выбора предпочтительного распределения используется метод наименьших квадратов или метод моментов. Предпочтение отдается тому из теоретических распределений, которое дает наилучшую сходимость с эмпирическими распределениями элементов волн, в частности, с эмпирической режимной функцией высот волн.

Г.4.5 Лучшую сходимость с эмпирическими данными распределение Вейбулла дает при незначительном содержании зыби в волнении. Логнормальное распределение приводит к удовлетворительному согласию с данными наблюдений при волнении с большим вкладом зыби.

Г.5 Методы определения расчетных характеристик волнового режима (редкой повторяемости) используются при условии, что базовый период расчетов/наблюдений ветрового волнения должен быть не менее 30 лет.

Г.5.1 Рекомендуется использование региональной модели атмосферы в соответствии с формулами (А.7)-(А.10) (приложение А) и модели ветрового волнения в соответствии с формулой (В.1) (приложение В). Модель ветрового волнения должна учитывать все известные процессы, влияющие на генерацию и распространение ветровых волн и зыби.

Г.5.2 Для определения расчетных характеристик волнового режима по годовым максимумам в пределах каждого года находят наибольшее значение высоты , и для дальнейшего анализа принимается последовательность значений , i = 1, ..., N., где - наибольшая высота волн в i-том году, N - общее число отобранных лет.

Г.5.3 Используя методы порядковых статистик, строят эмпирическую функцию распределения годовых максимумов:

, (Г.3)

где i - порядковый номер высоты волны в ранжированной выборке (номер 1 присваивается наибольшей высоте волны за весь период времени). Эмпирическое распределение аппроксимируют распределением Гумбеля:

, (Г.4)

где и - параметры распределения Гумбеля. Высоту волны с заданным периодом повторяемости Т находят из соотношения

(Г.5)

Г.6 Метод определения расчетных характеристик ветрового волнения по наиболее сильным штормам Пики-Выше-Порога (ПВП) - рекомендуется использовать в условиях сильной изменчивости числа штормов за год. Иными словами, этот метод предпочтителен для акваторий, в которых легко можно выделить "штормовые" годы с большим числом штормов и длительные периоды времени, когда штормов не наблюдается совсем.

Г.6.1 В рамках метода ПВП расчет ведется для конкретной точки акватории. Если надо определить расчетные характеристики ветрового волнения для нескольких точек акватории, то процедуру следует повторить для каждой из них.

Г.6.2 На первом этапе производится отбор наиболее сильных штормов за весь базовый период расчетов/наблюдений для конкретной точки акватории. Отбор штормов осуществляется путем анализа прибрежных и судовых наблюдений за ветром и волнами, а также анализа исторических синоптических карт. Оптимальным числом штормов, по которому проводится расчет, является значение порядка 30-40.

Г.6.3 На втором этапе по модели ветрового волнения в соответствии с формулой (В.1) (приложение В) в каждом шторме рассчитывают элементы волн. В пределах каждого шторма находят наибольшее значение высоты, и для дальнейшего анализа принимается последовательность значений: i = 1, ..., N., где - наибольшая средняя высота волн в i-том шторме, N - общее число отобранных штормов.

Г.6.4 Используя методы порядковых статистик, строят эмпирическую функцию распределения наибольших значений высот волн в штормах:

, (Г.6)

где i - порядковый номер высоты волны в ранжированной выборке (номер 1 присваивается высоте волны в наиболее сильном шторме). Эмпирическое распределение рекомендуется аппроксимировать распределением Вейбулла (Г.1).

Г.6.5 Свертка полученной функции распределения наибольших высот волн в штормах с функцией числа сильных штормов за год есть функция распределения наибольших высот волн за год

, (Г.7)

где L - среднее число сильных штормов за год.

Высоту волны с заданным периодом повторяемости T находят из соотношения

(Г.8)