ГИДРОЛОГИЯ

Год: 1989 1999 2004

Формирование многолетних колебаний

Многолетние изменения уровня моря включают межгодовые, имеющие недетерминированный характер, циклический и вековые тренды. Многолетний ход уровня обусловлен изменением составляющих водного баланса, эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана в результате таяния льдов, отложения донных осадков, трансформации рельефа дна и современными вертикальными движениями суши.

Как показывают исследования (Деева Р.А.,1976; Фирсов П.Б.,1993), вековые изменения (тренды) уровня в Японском море незначительны. Следовательно влиянием современных вертикальных движений на положение уровенной поверхности Японского моря можно пренебречь. Следующим по значимости представляется эвстатический фактор, согласно которому уровень Мирового океана изменяется в соответствии с климатическими условиями. Оценки, приводимые многими авторами, отличаются по причине использования как разных по качеству и продолжительности наблюдений над уровнем моря, так и методик исследований. В качестве приближенной оценки можно отдать предпочтение повышению уровня со скоростью 1.0-1.5 мм/год ( Ласточкин А.Н., 1981; Клиге Р.К., 1982).

Вследствие относительно небольших размеров Японского моря можно принять идентичность эвстатических колебаний уровня на всей его акватории. Циклические длиннопериодные колебания уровня на побережье в северной части моря (Cоветская Гавань, Иннокентьевка, Холмск, Невельск) незначительны (Любицкий Ю.В., 1987). Отмечены слабо выраженные колебания с периодами 4 - 5 лет. Более всего проявляется так называемый "полюсной прилив" с периодом 14 лет. Его вычисленная амплитуда для Японского моря (средняя величина составляет 1.4 см) несколько превышает статическую, равную для широты данных пунктов 0.8 см.

Формирование сезонных колебаний

Вопрос о соотношении основных факторов, формирующих годовой ход уровня Японского моря, до настоящего времени еще окончательно не решен. Согласно имеющимся сведениям ( Леонов А.К.,1960; Галеркин Л.И., 1960,1961; Деева Р.А., 1978), основной вклад в формирование сезонных колебаний уровня Японского моря вносят: - изменения плотности воды деятельного слоя моря в течение года; - изменения атмосферного давления над Тихим океаном; - приход (расход) воды через проливы, соединяющие Японское море с Тихим океаном и Охотским морем. Уменьшение плотности морской воды в теплый период года в сочетании со значительным усилением поступления воды в море через Корейский пролив и пониженным фоном приземного атмосферного давления приводит к повышению среднего уровня моря.

Изменение перечисленных процессов в противоположную сторону в холодный период года определяют понижение уровня Японского моря. Указанные авторы отмечают, что непосредственное воздействие на уровень муссонной смены ветров над акваторией моря незначительно. Вместе с тем существует и другая точка зрения (Савельев А.В., 1983), согласно которой вклад ветра в процесс сезонных колебаний уровня в северной части Японского моря соизмерим или мало отличается от вклада атмосферного давления. Так, у южного побережья Приморья вклад ветра и давления в колебания среднего уровня достигает в среднем 75-80%, севернее влияние указанных метеоэлементов уменьшается до 55-60%.

Формирование штормовых нагонов

Штормовые нагоны представляют собой опасное гидрометеорологическое явление. Их природа тесно связана с резким падением приземного атмосферного давления и воздействием на морскую поверхность сильного ветра при прохождении над прибрежной областью моря атмосферных образований типа циклонов или тайфунов. Сочетание перечисленных факторов приводит к образованию значительных повышений уровня моря у побережья. Кроме этого, быстродвижущиеся барические образования в атмосфере могут генерировать длинную вынужденную волну в море (так называемое " метеорологическое цунами"), которая при подходе к берегу также вызывает повышение уровня моря. Во многом величина штормового нагона зависит от морфометрических особенностей отдельных участков побережья.

Cиноптические условия формирования штормовых нагонов на побережье Японского моря сводятся к прохождению над акваторией моря циклонов 4-х типов. В исследованиях, посвященных данному вопросу (Фирсов П.Б.,1988,1989; Фирсов П.Б., Савельев А.В.,2000), отмечается, что преобладающее число штормовых нагонов (до 80 %) формируется под воздействием выходящих на Японское море под действием выходящих на Японское море интенсивных южных циклонов и тайфунов.

Как правило, значительные нагоны происходят при перемещении тайфунов над центральной частью моря в северном или северо-восточном направлении. Сильные ветры при этом имеют направление от южного до северо-восточного. Генерация штормовых нагонов, их интенсивность и продолжительность во многом зависят от ориентации и конфигурации береговой черты, рельефа дна и ширины шельфа в отдельных районах побережья. Кроме этого важным фактором формирования нагонов является направление ветра и продолжительность действия эффективного (т.е. наиболее благоприятного по направлению для формирования нагона) ветра. Так, например, исследования, выполненные для побережья Приморского края, показывают, что в заливе Петра Великого нагоны формируются под действием ветров четырех направлений: южного, юго-восточного, восточного и северо- восточного. Максимальные нагоны наблюдаются при юго-восточных и восточных ветрах. В центральной части Приморья (Рудная Пристань) наибольшая повторяемость и интенсивность нагонов отмечается при северо-восточных и восточных ветрах.

Многолетние колебания уровня

Межгодовые вариации уровня по всему побережью Японского моря характеризуются следующими значениями:

- в северной части моря в большинстве пунктов отклонения средних годовых уровней за отдельные годы от среднего многолетнего не превышают по абсолютной величине 3-4 см и только в пунктах Владивосток и Рудная Пристань в редких случаях доходят до 6 см; средние квадратические отклонения средних годовых уровней колеблются в пределах +1.9-2.7 см;

- в центральной и южной частях моря отклонения средних годовых уровней от среднего многолетнего за отдельные годы также не превышают по абсолютной величине 2-4 см, а средние квадратические отклонения равны +2 см.

Сезонные колебания уровня

В Японском море выделяются по крайней мере два района с различным ходом и амплитудами уровня в течение года.

1. Татарский пролив. На материковом побережье минимум средних месячных уровней наблюдается в феврале-марте, а максимум - в августе. Амплитуда колебаний осредненного за многолетний период внутригодового хода уровня достигает 10-28 см. На юго-восточном побережье острова Сахалин (Холмск) картина сезонного хода несколько иная. Минимальные средние месячные уровни отмечены в марте-апреле и два максимума - в июле-августе и в декабре- январе. Амплитуда колебаний - 10-13 см.

2. На остальных участках побережья Японского моря (Приморье, Корея и Япония) минимальные средние месячные уровни наблюдаются в январе-марте, максимальные - в июле-августе. Меняется лишь сама величина сезонной составляющей уровня. В заливе Петра Великого( Посьет, Владивосток) она максимальная и составляет 31-33 см. Далее к северу (Преображение, Рудная Пристань, Иннокентьевка) она уменьшается до 15-20 см. На побережьях Японии (Отару, Тояма) и Кореи (Пусан, Вонсан) амплитуда сезонных колебаний уровня изменяется в пределах 20-30 см. На основе приведенных выше результатов можно выделить следующие районы характерного сезонного хода: - неправильный полугодовой - юго-восточное побережье острова Сахалин; - неправильный годовой - практически все остальное побережье Японского моря.

Штормовые нагоны

Среди непериодических (бесприливных) колебаний уровня основной интерес представляет такое опасное гидрометеорологическое явление, как штормовые нагоны. Их природа тесно связана с резким падением приземного атмосферного давления и воздействием на морскую поверхность сильного ветра при прохождении над прибрежной областью моря атмосферных образований типа циклонов или тайфунов. Сочетание перечисленных факторов приводит к образованию значительных повышений уровня моря у побережья. Кроме того, быстродвижущиеся барические образования в атмосфере могут генерировать длинную вынужденную волну в море (так называемое "метеорологическое цунами"), которое при подходе к берегу также вызывает повышение уровня. В отдельных районах Японского моря из-за штормовых нагонов могут возникать катастрофические ситуации, приводящие к наводнениям, затоплению отдельных участков суши, разрушению портовых сооружений и хозяйственных объектов, расположенных вблизи береговой черты. Наиболее заметные ущербы от штормовых нагонов отмечаются в южной части побережья о. Сахалин ( район Холмска, Невельска). Как показывают наблюдения, наибольшая повторяемость штормовых нагонов в Японском море наблюдается в осенне-зимний период, т.е. в период активной циклонической деятельности над акваторией моря. Максимальные высоты нагонов отмечаются в августе- сентябре и достигают 1,2 м на материковом побережье (участок Рудная Пристань- Де-Кастри).

По данным расчетов , высота штормовых нагонов редкой повторяемости (1 раз в 100 лет) на этом участке побережья может составлять 1,5 м (Терней). В летние месяцы отмечается не только небольшое количество нагонов, но и уменьшение их максимальных и средних высот по сравнению с осенне – зимними.

Важный практический и научный интерес представляют результаты изучения временного хода нагонов. В таблице 3 представлены максимальные и средние характеристики нагонов такие, как их высоты и периоды, продолжительности стояния уровней на максимуме, время подъема и спада уровня. Отличительной чертой нагонов для всех пунктов побережья является их асимметрия, при которой фаза падения уровня длится дольше фазы роста.

С помощью приведенных характеристик проведено районирование отечественного материкового побережья по интенсивности и условиям формирования штормовых нагонов. Всего выделено три района. На участке побережья между пунктами Находка и Преображение (район I) максимальные нагоны с высотой более 50 см наблюдаются довольно редко (около 2%), средние высоты нагонов равны 25-28 см. Средняя продолжительность нагонов составляет 70-85 часов; продолжительность фазы роста уровня колеблется в пределах 28-31 часа, а фазы спада - в пределах 39-48 часов.

Продолжительность стояния уровня на максимуме в среднем равна 7-9 часам. Средние высоты нагонов в районе I соизмеримы с размахом средних месячных колебаний уровня, но в 1.4-2 раза превышают амплитуду прилива. Иная картина отмечается в районе II (пп. Рудная Пристань - Золотой). Средние высоты нагонов здесь в 2 раза больше, чем в районе I и равны 40-50 см. Максимальные высоты нагонов составляют 90-123 см, однако повторяемость их невелика (1-2% от общего числа случаев). В то же время отмечается уменьшение среднего времени подъема уровня (20-22 часа), фазы спада практически не меняются; кривая временного хода уровня при нагонах круче, чем в районе I.

Продолжительность стояния уровня на максимуме не превышает 6 часов. Возраcтают, соответственно, соотношения между средними высотами нагонов и амплитудами прилива (в 2.5-3 раза), нагонов и величиной сезонных колебаний уровня (в 3 раза). К северу от пункта Золотой (район III) временной ход нагонов становится более плавным и по своим параметрам приближается к условиям района I.

Суммарные экстремальные колебания уровня

Известно, что в природе не существует отдельно взятых проявлений сезонных колебаний уровня, чистых приливов или сгонно-нагонных эффектов. Указанные явления происходят в сочетании друг с другом как единый и неделимый процесс, в конечном итоге формируя суммарный уровень моря. Поэтому, как правило, для практических целей наибольший интерес представляет режим суммарных экстремальных уровней.

По данным наблюдений полный диапазон (размах) колебаний уровня моря на большей части отечественного побережья Японского моря составляет в среднем около 1.5 м. (как правило, максимальные повышения и понижения уровня соизмеримы и варьируют в пределах 0.6-0.8 м). Исключением является участок Рудная Пристань- Золотой, где максимальный размах колебаний уровня доходит до 1.8-1.9 м (максимальные повышения уровня равны 1.2 -1.3 м, понижения - 0.6 м), а также район Татарского пролива (Де-Кастри, Александровск, Углегорск), в котором размах колебаний уровня варьирует от 3.2 м на побережье Сахалина до 4 м у азиатского берега при практически равных максимальных отклонениях выше и ниже среднего уровня.

На участке Рудная Пристань-Золотой значительный размах суммарных колебаний связан с большими высотами штормовых нагонов в данном районе (максимальные повышения уровня в 2 с лишним раза превышают соответствующие понижения). В Татарском проливе значительный вклад в экстремальные колебания уровня вносят приливо-отливные явления. По одним лишь эмпирическим данным вследствие ограниченности рядов наблюдений судить об экстремальных высотах уровня моря можно лишь в определенном приближении.

Однако практика требует знания экстремальных уровней редкой повторяемости (1 раз в 50 лет, 1 раз в 100 лет и т.д.), получить которые исходя непосредственно из имеющихся наблюдений, естественно, невозможно. На основе имеющихся материалов были выполнены расчеты уровней редкой повторяемости по методике, изложенной в разделе «Методики». Следуя данным , предельно высокий суммарный уровень 100-летней повторяемости на большей части побережья не превышает 1 м. Только в районе Рудной Пристани он может достигать 1.4 м, а на севере Татарского пролива - 2 м.

Предельно низкие суммарные уровни моря повторяемостью 1 раз в 100 лет вдоль большей части отечественного побережья Японского моря соизмеримы и варьируют в пределах - 0.6-0.8 м, за исключением Татарского пролива, где подобные экстремальные отклонения могут достигать -2.5 м.