Введение 3
1 Физико-географического описание и свободные колебания 6
Балтийского моря
1.1 Особенности физико-географического положение 6
Балтийского моря
1.2 Свободные колебания Балтийского моря 6
1.2.1 Свободные колебания бассейна 10
1.2.2 История исследования свободных колебаний уровня 14
Балтийского моря
2 Материалы и методы 18
2.1 Материалы, используемые для исследования 18
2.2 Методы исследования 20
2.2.1 CARDINAL 20
2.2.2 Использование модели для конкретных условий 23
моделирования
2.2.3 Вейвлет-анализ 29
3 Свободные колебания уровня Балтийского моря 32
3.1 Эксперимент 1. Нагон в Ботнический залив 32
3.2 Эксперимент 2. Нагон в Финский залив 47
3.3 Сравнительный анализ двух экспериментов
Заключение 61
Список использованных источников 67
Приложение А. Динамика изменения уровня Балтийского 73
моря
Приложение Б. Временной ход уровня моря по всем станциям
Приложение В. Коэффициенты вейвлет-разложения натурных данных 88
Актуальность работы
Балтийское море - внутриматериковое окраинное море. Море принадлежит бассейну Атлантического океана и в северной Европе.
Данное море имеет практически замкнутый бассейн. Единственное сообщение с открытым океаном море имеет через мелководные и узкие Датские проливы. Данные условия приводят к тому, что внутри Балтийского моря возникает изменчивость уровня, которая в свою очередь, не похожа на изменчивость уровня открытого океана.
В свою очередь, колебание уровня является одним из важнейших гидрометеорологических процессов, который происходит в океане. Колебание уровня формируется под влиянием различных факторов. Этими факторами являются: метеорологическое воздействие, изменение плотности воды, приливообразующие силы, а также компоненты водного баланса. Приведенные факторы могут генерировать широкий диапазон периодов.
Каждое внутреннее море имеет свой набор собственных частот, который является резонансным для данной акватории. На таких частотах могут формироваться собственные стоячие периодические колебания уровня. Такие колебания можно рассматривать, как потенциальны возможности морского бассейна. Спектральная структура собственных колебаний уровня зависит от размеров бассейна, особенностей донной топографии, а также с морфометрией берегов.
Данные колебания являются одним из важнейших элементов гидрологического режима моря. Они оказывают влияния на профиль береговой черты, на береговые постройки, температуру, содержание растворенного кислорода.
Также одна характеристик собственных колебаний является то, что на их частоте происходит резонанс с анемобарическими силами. А это в свою очередь проводит аномальному возмущению уровня.
Поэтому, изучение собственных колебаний уровня необходимо для оценки пространственно-временной изменчивости поля, а также для понятия причин их возникновения.
Свободные колебания уровня Балтийского моря обычно инфицируют, как сейши. Сейши вызывают колебания уровня и волновые течения, которое охватывает весь объем воды. И имеют различную природу возникновения.
Поэтому на первых этапах было сделано предварительное исследования короткопериодных колебаний уровня в заливах Балтийского моря [1].
В предварительном исследовании были рассмотрены две системы Балтийского моря: Западная Балтика - Финский залив и Балтийское море- Ботнический залив, в которых в свою очередь были выявлены короткопериодные колебания.
В системе Западная Балтика-Финский залив выявляются, как синхронные, так и несинхронные колебания с масштабом 25-56 часов. Можно предположить, что асинхронные колебания являются сейшами с нечетным количеством узлов. Тогда как синхронные колебания могут быть сейшами с четным количеством узлов. Период асинхронных и синхронных колебаний равен 4 суткам...
В данном исследовании были изучены собственные колебания уровня Балтийского моря. Для этого были произведены два модельных эксперимента.
Первый эксперимент состоял в том, что уровень воды поднимался на 2 метра в Ботническом заливе. Второй же эксперимент был в том, что уровень воды поднимается на 2 метра в Финском заливе. Данные эксперименты проводились с помощью программного комплекса CARDINAL.
Первый эксперимент показал, что при поднятии уровня в Ботническом заливе, свободное колебание уходит из Ботнического залива, так же, как и из Финского. Эти две волны встречаются в районе архипелага Турку, и колебание уходит на юг Балтики. Позже колебание возвращается, но только в Финский залив. Когда свободное колебание доходит до вершины залива оно разворачивается и снова уходит в центр Балтики.
Второй эксперимент показал, что при поднятии уровня в Финском заливе, колебание уходит из вершины Финского залива на юг Балтики и в сторону Аландских остров и далее в Ботническое море. Позже колебание снова возвращается из центра Балтики в вершину Финского залива. И картина снова повторяется.
В обоих экспериментах наблюдается круговая циркуляция в одинаковых районах. Этими районами являются: вершина Ботнического залива, пролив Норра-Кварке, район Аландских островов и район Ландсортской впадины. Появления таких зон циркуляции, скорее всего, связано с морфологическими и донными особенностями Балтийского моря.
Амплитудно-фазовая картина показала, что самое раннее наступления максимумов наблюдается вдоль направления градиентов. Также в зависимости от того, в какой зоне Балтийского моря наблюдается нагон, спектральная структура колебаний меняется в разных точках по-разному.
Также было выявлено, что в обоих экспериментах спектральная структура собственных колебаний очень хорошо выражена в Ботническом и Финском заливе. В отличие от центра и юга Балтийского моря, в Финском и Ботническом заливах наблюдается полицикличность.
В первом эксперименте, выделяется основное собственное колебание с периодом 21-24 часа. Для Финского залива- 24 часовое колебание, а для Ботнического - 21 часовое колебание.
Во втором эксперименте основное собственное колебание, которое выделяется в Балтийском море, имеет период 23-28 часов. В Ботническом заливе это колебание с периодом 26-28 часа, в Ботническом море-23-24 часа, а Финском заливе 24-26 часа.
Для обоих экспериментов на юге Балтийского моря выделяются более мелкие колебания.
Сравнение модельных данных с натурными данными показало, что наиболее ярко выраженными периодами собственного колебания являются периоды порядка 20-23 и 24-26 часа для первого эксперимента, и 22-24 часа и 26-28 часов для второго. Данные периоды более полно совпадают со спектральной структурой периодов на выбранных станциях.
Также в натурных данных были выявлены и более мелкие периоды такие, как 10-11 и 6-9 часов для первого случая и 5-7 и 10-16 часов для второго.
Сравнение модельных данных с натурными данными показали, что в обоих экспериментах, полученные в результате моделирования периоды свободных колебаний, находят отражения в натурных данных. Поэтому можно сделать утверждение, что выявленные с помощью моделирования периоды действительно существуют в природе.
