Статья: Приливные и сгонно-нагонные колебания уровня воды в районе м. Каменный (Обская губа)

Примечание. Приведены волны с амплитудой, превышающей среднее квадратическое отклонение в данной частотной полосе прилива. Волны Р1, К2, N2 даны во втором приближении по известным теоретическим соотношениям. Углы положений приведены к нулевому поясу.

По исправленным рядам были рассчитаны заново средние месячные значения констант основных волн прилива. Они несколько различаются с приведенными в работе [6] вследствие измененной методики расчета. В табл. 3 даны константы для волны М2 в годовом цикле и их сезонный ход.

Таблица 3

Оценки средних векторных значений амплитуд (H) и фаз (g) волны М2 (в нулевом поясе) и их сезонный ход на м. Каменный за период 1977-1994 гг.

Из данных табл. 3 следует, что наибольшее гашение прилива ледяным покровом в среднем наблюдается в апреле, а максимальное развитие прилива происходит в августе. Сезонный ход амплитуды и фазы волн полусуточных приливов S2 и N2 в общих чертах соответствует таковому у волны М2. Меньшее соответствие присутствует в сезонном ходе волн К1 и О Причиной такого расхождения может быть большой разброс в средних месячных значениях, обусловленный малыми величинами этих приливов. В этих условиях для надежных оценок требуются более продолжительные ряды наблюдений.

В табл. 4 приведены значения характера прилива, величин отношения амплитуд волн S2/M2 и волн М4/М2 для лета (август) и зимы (апрель) в пункте м. Каменный.

Согласно полученным нами в целом данным, прилив в районе м. Каменный носит правильный полусуточный характер в течение всего годового цикла (критерий Куртье равен 0,18-0,25). В качестве критерия характера (формы) прилива использован критерий Куртье, так как критерий Дуванина в силу неполноты (нет волны S2) для наших данных дает в ряде случаев неверные определения формы прилива.

Возраст полусуточного прилива составляет 3,5 сут. Так как возраст суточного прилива достигает 6-7 дней, то тропические приливы соответственно будут запаздывать на это значение от соответствующих астрономических моментов склонений Луны.

Таблица 4

Значения характера прилива по Куртье, величин отношения амплитуд волн S2/M2 и волн М4/М2 для лета (август) и зимы (апрель) в пункте м. Каменный

Примечание. * -- при значении отношения >0,25 и <1,50 прилив смешанный, в основном полусуточный.

По существу равноденственные приливы (минимум развития суточных приливов) будут наблюдаться в дни максимальных значений склонений Луны, а тропические приливы (наиболее сильные суточные приливы) в дни с нулевым склонением Луны.

Во временном ходе приливных колебаний уровня наиболее выражено фазовое неравенство приливов. Величина отношения амплитуд волн Н,. /НМ, отвечающая за ход фазового неравенства прилива (цикл сизигия -- квадратура), несколько меняется между летним и зимним периодами, но это не приводит к изменению характера прилива.

Параллактическое неравенство, связанное с моментами прохождения Луны через перигей или апогей, почти не выражено, так как амплитуда волны N2 по величине гораздо меньше амплитуды волны S

Наконец, величина отношения мелководных волн НМ /НМ демонстрирует поведение кривой прилива и отвечает за продолжительность времени падения и времени роста прилива. Наиболее выражены мелководные волны в летний период, где их величина для основных волн М4 и MS достигает около 3 см (табл. 2). В зимний период наблюдается очень сильное гашение амплитуд мелководных волн, и их амплитуда для отдельной волны не превышает 0,3 см. Такое поведение отражается на значениях критерия НМ /НМ (табл. 4), который в зимний период более чем на порядок меньше, чем в летний период. Мелководный прилив с периодом 4 ч не играет заметной роли в описании кривой прилива, так как по величине волна М6 даже в летний период не превышает 0,7 см. В зимний период его амплитуда падает в разы и он практически полностью затухает.

Приведенные выше характеристики приливов были получены в основном на данных стационарного поста за период 70-90 гг. XX в. Изменчивость приливов в зависимости от ледяного покрова отражала влияние средних ледовых условий за указанный период. В последнее десятилетие произошли существенные изменения в развитии ледовых процессов в Обской губе, связанные как с глобальными климатическими изменениями, так и, по-видимому, с техногенными причинами [1, 6].

Наблюдения за приливами, выполненные на Салмановском участке (акватория южнее пункта Тадибеяха) и у м. Каменный в зимний период 2015-2016 гг. в экспедиции ААНИИ, показали отличное от нормального влияние ледяного покрова на сезонную изменчивость приливной волны и, как следствие, на сезонный ход волны М2. Уменьшение амплитуды волны и замедление фазы по отношению к летнему периоду произошло к апрелю 2016 г. в значительно меньшей степени, чем в норме. Такое необычное поведение прилива на м. Каменный было вызвано, как мы считаем, аномальным развитием заприпайной полыньи. В зимний период 2017-2018 гг. наблюдался промежуточный между стандартным и легким вид распространения прилива. Заприпайная полынья занимала в этот период также аномальное положение. В связи с этими новыми сценариями расчет кривой прилива производится по специальной схеме, отличной от стандартного способа расчета.

СГОННО-НАГОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ УРОВНЯ

Как было показано в работах В.Г. Корта [2], Н.А. Лабзовского [3], нагоны в Обской губе вызываются циклонами, центр которых располагается к востоку от губы, или антициклонами с центром к западу от нее. Сгон формируется циклонами с центрами, располагающимися к западу от губы, или антициклонами с центрами к востоку от нее. Переход от сгона к нагону или от нагона к сгону обычно обуславливается переходом центра того или иного барического образования через меридиан Обской губы. Таким образом, нагоны в Обской губе вызываются ветрами северного и северо-восточного направлений, сгоны -- южного и юго-западного. В Тазовской губе нагоны формируются ветрами западного и северо-западного направлений, а в южной ее части -- северных румбов.

Для анализа сгонов-нагонов в данной работе использовались данные ежечасных экспедиционных наблюдений за 1947-1949 гг., а также срочных стационарных за 1977-1994 гг., приведенных к однородным рядам.

Вначале остановимся на выводах, полученных Северной проектно-изыскательской экспедицией (СПИЭ) по наблюдениям 1947-1949 гг. [4]. Эти выводы показывают, что наибольшие сгоны наблюдались в осенний период, когда над акваторией губы преобладали сильные и продолжительные ветры южной четверти. За период работы экспедиции самые низкие уровни при сгонах наблюдались в ноябре 1947 г. (на 150 см ниже среднемесячного) и октябре 1948 г. (на 152 см ниже среднемесячного).

Наибольшая продолжительность стояния уровня ниже нуля изысканий для одного случая в безледный период составила 145 часов. Низший наблюденный уровень безледного периода 23.10.1948 г. (-140 см) держался четыре часа. Отметим, что остаточный (практически сгонно-нагонный) уровень в этот период, вычисленный авторами, изменялся от -132 до -130 см, а приливная составляющая принимала значения от -6,58 до 11,63 см. Размах колебаний остаточного уровня за весь период ежечасных наблюдений 1947-1949 гг. составил 319,4 см, суммарного -- 342 см.

Наибольшая длительность одного случая стояния уровня ниже нуля изысканий в период ледостава составила 323 ч. Низший сгонный уровень (-182 см) при ледоставе 16.11.1947 г. держался 1 час. При этом рассчитанная авторами приливная составляющая на этот час составила 2,16 см, остаточный уровень равен -184 см.

Нагонные уровни в 1947-1948 гг. наблюдались при продолжительном ветре северной четверти. Самый высокий подъем уровня составил 160 см над нулем изысканий. Он наблюдался в августе 1948 г.

Перейдем к анализу данных стационарных наблюдений. По откорректированным рядам за 1977-1994 гг. рассчитана обеспеченность остаточных уровней. По кривой обеспеченности остаточных уровней получены значения уровня 5- и 95-процентной обеспеченности, которые, по аналогии, принятой при обработке данных за 1947-1949 гг., использовались для выделения наиболее существенных нагонов и сгонов. При этом учитывались нагоны, при которых остаточный уровень превышал уровень 5-процентной обеспеченность (528 см над нулем поста). Для характеристики сгонов учитывались остаточные уровни ниже 95-процентной обеспеченности (439 см). Использование уровней заданной обеспеченности в качестве отсчетных критериев для сгонов-нагонов позволяет получить сравнимые характеристики непериодических колебаний по многолетнему однородному ряду остаточного уровня. Тогда как применение для этих целей среднемесячных значений дает характеристики относительно меняющейся ежемесячно величины уровня. Как видно из табл. 5 и табл. 6, в некоторых случаях отмечается ситуация, когда по превышению над среднемесячным (фоновым) уровнем нагон можно отнести к существенному, но из-за низкого фонового уровня он едва превышает уровень 5-процентной обеспеченности.

Наряду с превышением уровня над 5- и 95-процентной обеспеченностью абсолютной характеристикой сгона или нагона является и непосредственно значение экстремального уровня (табл. 5, табл. 6). В этих же таблицах для сравнения приведены сведения о сгонно-нагонных колебаниях уровня относительно среднемесячных значений.

В отдельных работах в качестве отсчетного горизонта сгонов и нагонов обоснованно используется линия тренда [12]. В данной работе этот подход оказался нецелесообразным, поскольку относительно общей линии тренда за весь период нагоны и сгоны проявлялись в виде затяжных явлений, намного превышающих синоптические масштабы и включающих в одном явлении множество отдельных сгонов или нагонов.

Таблица 5

Характеристики наибольших за год нагонов по срочным наблюдениям на посту м. Каменный по ряду остаточных уровней за 1977-1994 гг.