ЧИСЛЕННАЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИЛИВНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ГУБЕ КЕРЕТЬ (КАНДАЛАКШСКИЙ ЗАЛИВ, БЕЛОЕ МОРЕ)

В статье описана модель губы Кереть, основанная на алгоритмах известной численной гидродинамической модели Принстонского университета POM (Princeton Ocean Model). Численные эксперименты с различными граничными условиями показали, что качество результатов моделирования таких небольших акваторий полностью обусловливается граничными условиями. Было определено, что использование только колебаний уровня моря или только течений на открытой границе дает неудовлетворительные результаты. Наилучший результат моделирования возможен лишь при использовании на открытой границе комбинации условия задания приливных течений и условия излучения по отклонению заданного уровня моря от уровня, воспроизводимого моделью. Сравнение результатов моделирования с данными инструментальных наблюдений показало, что модель очень точно воспроизводит приливные колебания уровня моря и приливные течения: коэффициент парной корреляции между измеренным и моделируемым уровнем моря близок к единице, аналогичный коэффициент между измеренными и моделируемыми течениями составил 0.9. Среднеквадратическая ошибка почти в 2 раза меньше допустимой погрешности как для уровня моря, так и для течений. Анализ колебаний уровня моря, воспроизведенных моделью, показал, что изменение уровня моря происходит практически синхронно на всей исследуемой акватории, но существует небольшое запаздывание (на несколько минут) наступления полной воды в проливе Подпахта и губе Лебяжьей относительно момента наступления полной воды непосредственно в губе Кереть. С помощью гармонического анализа были рассчитаны характеристики эллипсов приливных течений для 16 составляющих прилива. Выявлено, что максимальные за один месяц течения (до 80 см/с) отмечаются в узких мелководных частях пролива Подпахта; непосредственно в губе Кереть максимальные приливные течения превышают 30 см/с в узкостях проливов Средняя Салма и Узкая Салма. Приливные течения преимущественно реверсивные. По результатам моделирования приливных колебаний уровня моря и течений были оценены остаточные приливные явления: остаточный приливной уровень по всей акватории почти совпадает со средним уровнем моря. В поле остаточной приливной циркуляции выделяются циклонические круговороты в губе Лебяжьей, проливе Подпахта и в центральной части губы Кереть. Циркуляции в губе Лебяжьей и проливе Подпахта имеют заметные скорости и, по нашему мнению, формируют там общую циркуляцию. С помощью численной модели были оценены площади затапливаемой во время прилива территории и статистические параметры ее временнóй изменчивости. Созданная модель раскрывает новые возможности исследования распространения речных вод, формирования термохалинной структуры, расчета переноса пассивных примесей (загрязнение, планктонные формы жизни).

1. Здоровеннов Р. Э. Приливной перенос примеси в прибрежных районах Белого моря // Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Мурманск, 2004. 24 с.

2. Ионов В. В., Май Р. И., Смагин Р. Е. Новые гармонические постоянные приливных колебаний уровня моря в губе Кереть Белого моря (по данным экспедиционных работ 2011 года) // Вестн. СПбГУ. 2013. Сер. 7, вып. 2. С. 94-107.

3. Ионов В. В., Май Р. И., Смагин Р. Е. Течения в проливах губы Кереть // Вестн. СПбГУ. 2015. (В печати).

4. Клеванный К. А. Моделирование длинноволновых процессов в геофизической гидродинамике // Дис. ... д-ра физ.-мат. наук. СПб., 1999. 314 с.

5. Май Р. И. Нелинейные баротропные и бароклинные приливные явления в морях Европейской Арктики // Автореф дис. ... канд. геогр. наук. СПб., 2006. 20 с. URL: http://oceanographers.ru/books/Ruslan_May_avtoreferat.pdf.

6. Май Р. И. Нелинейные приливные явления Белого моря // Комплексные исследования процессов, характеристик и ресурсов российских морей Северо-Европейского бассейна / Под ред. Г.Г. Матишова. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2007. № 2. С. 185-200.

7. Наставление по службе прогнозов. Разд. 3. Ч. III. Служба морских гидрологических прогнозов. Изд. 4-е перераб. и доп. Росгидромет, РД 52.04. 2011. 102 с.

8. Некрасов А. В. Энергия океанских приливов. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 288 с.

9. Примаков И. М., Морозов Е. А. Моделирование гидродинамических процессов в некоторых губах Карельского берега Кандалакшского залива // Вестн. СПбГУ. 2006. Сер. 3. Вып. 4. С. 68-73.

10. Примаков И. М. Распространение планктонных организмов приливных губ Белого моря под влиянием гидродинамических условий // Тр. ЗИН РАН. 2008. Т. 312. № 1/2. С. 135-144.

11. Примаков И. М., Клеванная М. К. Зоопланктон - пассивная примесь или активный компонент пелагиали? // Материалы XI Науч. семинара. «Чтения памяти К. М. Дерюгина», СПб., 2009. С. 80-92.

12. Примаков И. М., Раилкин А. И. Особенности гидрологического режима в проливе Подпахта (Кандалакшский залив, Белое море) // Тез. докл. VII Науч. сессии Морской биологической станции Санкт-Петербургского государственного университета. СПб., 2006. С. 36-37.

13. Раилкин А. И., Бесядовский А. Р., Примаков И. М., Колдунов А. В. Взаимодействие прибрежных бентосных сообществ Белого моря с придонным слоем. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2012. 408 с.

14. Смагин Р. Е., Ионов В. В., Пряхина Г. В., Федорова И. В. Исследование зон смешения в устьевой области р. Кереть Белого моря // Изв. РГО. 2009. Т. 141, вып. 2. С. 63-70.

15. Blumberg A. F., Mellor G. L. A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model // Three-dimensional coastal ocean models; N. S. Heaps, ed., Washington, DC, AGU, 1987. P. 1-15.

16. Kimura N., Liu W.-C., Chiu C.-Y., Kratz T. K., Chen W.-B. Real-time observation and prediction of physical processes in a typhoon-affected lake // Paddy Water Environ. 2012. Vol. 10. P. 17-30.

17. Mellor G. L., Yamada T. Development of a turbulent closure model for geophysical fluid problems // Rev. Geophys. 1982. Vol. 20. P. 851-875.

18. Oey L.-Y. A wetting and drying scheme for POM // Ocean Modelling. 2005. Vol. 9. P. 133-150.

19. Schimmelpfennig S., Kirillin G., Engelhardt C., Nutzmann G. Effects of wind-driven circulation on river intrusion in Lake Tegel: modeling study with projection on transport of pollitants // Environ Fluid Mech. 2012. Vol. 12. P. 321-339.