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

Примечания. //м1|[.с -- максимальный остаточный уровень; Н5 % -- остаточный уровень 5-процентной обеспеченности, равный 528 см; ДН5 % -- превышение остаточного максимального уровня над уровнем 5-процентной обеспеченности; Нсрмес -- среднемесячный остаточный уровень; т -- продолжительность; тмакс -- наибольшая продолжительность; * -- нагоны выше 5-процентной обеспеченности отсутствовали; **-- кроме 1986 и 1994 гг.; *** -- за период 01.01 - 15.05.1994 г.

Таблица 6

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

Примечание. Н*^ -- минимальный остаточный уровень; Н95 % -- остаточный уровень 95-процентной обеспеченности, равный 439 см; ДН95 % -- превышение остаточного минимального уровня над уровнем 95-процентной обеспеченности; * -- сгоны ниже уровня 95-процентной обеспеченности отсутствовали; **-- кроме 1988 и 1994 гг.; *** -- за период 01.01-15.05.1994 г.

Как видно из табл. 5, количество нагонов, превышающих уровень 5-процентной обеспеченности, изменялось от нулевого значения (1986 г.) до 12 случаев за год (1988, 1989 гг.). Максимальный за год уровень при нагоне изменялся от 533,5 (1993 г.) до 634,3 см над нулем поста (1980 г.). При этом в случае 1980 г. превышение над уровнем 5-процентной обеспеченности оказалось равным 106,3 см, над среднемесячным уровнем 131,3 см. В случае 1993 г. превышение над уровнем 5-процентной обеспеченности составило 5,5 см, над среднемесячным 36,5 см. Примером ситуации, когда по превышению над среднемесячным (фоновым) уровнем нагон можно отнести к существенному, служит также 1984 г., но при этом уровень всего на 8,9 см превышает уровень 5-процентной обеспеченности.

Наиболее продолжительным нагоном над уровнем 5-процентной обеспеченности был нагон 1979 г. (61,8 сут), при котором превышение максимального уровня над уровнем 5-процентной обеспеченности составило 50,1 см, а остаточный уровень достиг значения 578,1 см. Для сравнения отметим, что по наибольшей продолжительности нагона за год над среднемесячным был нагон 1982 г. (41,25 сут.), при котором остаточный уровень достиг значения 538,8 см. Этот же нагон относительно уровня 5-процентной обеспеченности продолжался 11,5 сут.

Как следует из табл. 6, количество сгонов ниже уровня 95-процентной обеспеченности составило 28 случаев (1986 г.) при нулевом значении в 1988 г Самый низкий остаточный уровень (366,8 см) наблюдался при сгоне 1986 г Продолжительность этого сгона относительно уровня 95-процентной обеспеченности достигла 4,5 сут. Наиболее продолжительный сгон относится к 1992 г. (35,75 сут.). Превышение максимального уровня при этом сгоне над уровнем 95-процентной обеспеченности составило -50,8 см.

Как видно из табл. 5 и табл. 6, в большинстве случаев характеристики представленных нагонов и сгонов совпадают для выборок как по экстремальному за год превышению над уровнем заданной обеспеченности для данного явления, так и по наибольшей за год его продолжительности. Для лет, в которые эта закономерность не соблюдается (1977, 1982, 1983, 1988-1990, 1992 гг.), характерно естественное соотношение: наибольшей продолжительности явления отвечает превышение экстремального уровня, меньшее по абсолютной величине, чем аналогичная характеристика, найденная при выборке по максимальному нагонному (сгонному) уровню.

На рис. 3 показано распределение по месяцам количества нагонов выше уровня 5-процентной обеспеченности и сгонов ниже уровня 95-процентной обеспеченности, определенное по остаточным рядам за период 1977-1994 г.

Рис. 3. Распределение по месяцам нагонов выше уровня 5-процентной обеспеченности и сгонов ниже 95-процентной обеспеченности на посту м. Каменный за 1977-1994 гг.

Fig. 3. Monthly distribution of surges above the level of 5 % probability and ranges of below 95 % probability at the station of Cape Kamenny for 1977-1994

Из рис. 3 видно, что за указанный период наблюдений чаще всего нагоны приходятся на период с июня по ноябрь, сгоны -- с июля по ноябрь. Наибольшее количество нагонов отмечено в июне, сгонов -- в сентябре.

Самый высокий нагон с максимальным за год остаточным уровнем (634,3 см над нулем поста) приурочен к периоду чистой воды (07-12.09.1980 г.). Самый сильный сгон с остаточным уровнем 366,8 см, отмеченный в период 23-28 октября 1986 г., проходил при наличии припая.

Размах колебаний остаточного уровня за период срочных наблюдений 19771994 гг. составил 267,5 см.

Отмеченные по данным табл. 5 и табл. 6 закономерности относятся только к экстремальным за каждый год нагонам и сгонам. Учет не только экстремальных, но всех нагонов и сгонов относительно уровней заданной обеспеченности 5 и 95 % на основе обработки всего массива остаточных уровней позволил получить связи продолжительности и скорости роста и спада уровня при нагонах, а также спада и подъема уровня при сгонах (рис. 4).

Рис. 4 в общих чертах отражает закономерность, характерную и для некоторых других гидрометеорологических явлений: продолжительность явления находится в обратной зависимости от интенсивности, что в данном случае свойственно как для нагонов, так и сгонов. Так, наибольшей скорости роста уровня при нагоне, равной 134 см/сут., соответствует продолжительность нагона над уровнем 5-процентной продолжительности роста нагонного уровня (37,5 сут.) соответствует скорость 1,34 см/сут.

На спаде нагона наибольшая скорость снижения уровня (118,4 см/сут.) отмечена при продолжительности этой фазы 0,25 сут. Наибольшей продолжительности снижения нагонного уровня (24,25 сут.) соответствует скорость 2,07 см/сут.

Спад уровня при сгоне происходил с наибольшей скоростью 87,6 см/сут., подъем от минимального уровня до уровня 95-процентной обеспеченности -- со скоростью 0,12 см/сут. Соответствующие этим скоростям продолжительности спада и подъема сгонного уровня составили 9,75 и 26,0 сут.

Рис. 4. Связь продолжительности и скорости подъема (а) и спада (б) уровня при нагонах, спада (в) и подъема (г) при сгонах для поста м. Каменный по данным срочных наблюдений 1977-1994 гг.

Fig. 4. Relationship of the duration and speed of the rise (a) and the decline (б) of the level during surges, the decline (в) and the rise (г) during the sweeps for observation station of Cape Kamenny according to urgent observations of 1977-1994

Подчеркнем, что приведенные характеристики сгонов и нагонов за 1977-1994 гг. получены по срочным наблюдениям. Следует иметь в виду, что наибольшие расхождения между ежечасными и срочными суммарными экстремальными уровнями на стационарных постах Обской и Тазовской губ (Ямсальский бар, Новый Порт, Сеяха, Тамбей, Дровяная, Антипаюта) достигают 32-78 см [13]. Расчеты для поста м. Каменный на материалах ежечасных экспедиционных наблюдений за 1936, 1947, 1948, 1971, 1972 гг. показали, что наибольшая разница между ежечасными и срочными данными для максимальных суммарных уровней составляет 38 см (ноябрь 1947 г.), для минимальных -34 см (октябрь 1947 г.).

Наибольшая дисперсия выборки остаточного уровня в период 1977-1994 гг., а также значение наивысшего максимального уровня приходятся на безледный период (близко к его окончанию), как и внутрисезонный размах колебаний по сравнению с другими сезонами (табл. 7).

Остановимся на результатах, полученных нами по ежечасным наблюдениям 1947-1948 гг. Для этого периода наибольший внутримесячный размах колебаний остаточного уровня отмечен в ноябре 1947 г. и октябре 1948 г. Стандартная ошибка для ряда остаточных уровней за 1947-1948 гг. составила 0,455, среднеквадратичное отклонение равно 39. Сравнение характеристик сгонно-нагонных уровней показывает, что данные наблюдений 1947 г. охватывают наиболее экстремальные непериодические колебания за весь период наблюдений на посту м. Каменный.

Таблица 7

Статистические характеристики остаточных уровней на посту

м. Каменный по срочным наблюдениям за 1977-1994 гг.

Примечание. Переходный период весны -- от начала взлома ледяного покрова до полного очищения акватории; переходный период осени -- от начала устойчивого ледообразования до полного замерзания.

Рис. 5. Наибольшие положительные (а) и отрицательные (б) разности для суммарного и остаточного уровня при временном интервале разности от 1 до 24 ч по ежечасным данным за 1947-1948 гг

Fig. 5. The largest positive (а) and negative (б) differences for the total and residual levels during the time shift of the series from 1 to 24 hours according to hourly data for 1947-1948.

Изменчивость ежечасных суммарных и остаточных уровней на посту м. Каменный за 1947-1948 гг. характеризует также рис. 5. Из него видно, что наибольшие по абсолютной величине разности уровней из всего ряда, даже при временном сдвиге 1 ч, достигают существенных значений. При этом наибольшая положительная разность для суммарного уровня оказалась 40 см, что почти в два раза выше, чем для остаточного (22,2 см). Наибольшая отрицательная разность для суммарного уровня составила 20 см, остаточного 15,2 см. Указанные наибольшие величины межчасовой изменчивости уровня относятся к событиям редкой повторяемости (табл. 8) и приурочены к ситуациям наибольшего развития сгонно-нагонных колебаний, которые наиболее трудно поддаются прогнозированию [1].

В подавляющем большинстве случаев разности ежечасных уровней при временном интервале 1 ч находятся в интервалах от -4,99 до 5 см. С увеличением интервала разности от 2 до 9 ч наибольшая повторяемость разностей суммарного и остаточного уровня существенно снижается по величине за счет увеличения повторяемости более высоких абсолютных значений разностей. При всех рассмотренных интервалах разности уровней общий диапазон повторяемости разностей суммарного уровня шире, чем остаточного (см. табл. 8).

Таблица 8

Повторяемость (%) разностей суммарного (ряд 1) и остаточного (ряд 2) уровня при временном интервале разности, равном 1, 3, 6 и 9 ч по наблюдениям 1947-1948 гг.