От полярных циклонов к гигантским волнам: расшифровка угроз Северных морей

Ученые Морского гидрофизического института РАН провели новое исследование интенсивных штормов, образующихся в полярных широтах под действием полярных циклонов. Эти шторма способны генерировать огромные волны, представляющие опасность для морских и прибрежных сооружений. Исследователи использовали спутниковые данные и статистический анализ, чтобы оценить вероятность образования высоких волн, порождаемых полярными циклонами в Норвежском и Баренцевом морях. Результаты работы, поддержанной грантом РНФ, опубликованы в журнале Remote Sensing.

«Это исследование является продолжением наработок, представленных авторами В.Н. Кудрявцевым и Б. Шапроном в 2019 г., после создания простой универсальной модели предсказания высоты волн, вызываемых действием циклонов. Данная модель была нами усовершенствована и протестирована, в том числе и для полярных условий. Мы получили новые закономерности, которые ранее не были учтены», – рассказывает первый автор статьи кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник отдела дистанционных методов исследований (лаборатория прикладной физики моря) Морского гидрофизического института РАН Мария Юровская.

С учетом различных параметров полярных циклонов, таких как максимальная скорость ветра, продолжительность жизни, диаметр, скорость перемещения и направление распространения, ученые рассчитали частоту возникновения волн, превышающих определенную высоту и связанных с полярными циклонами. Оказалось, что волны высотой более 4 метров могут возникать до шести раз в год, более 8 метров – появляются 2-3 раза в год, свыше 10 метров – возникают один раз в год, а высотой 12 метров – генерируются раз в несколько лет. Самые высокие волны, достигающие 15 метров в высоту, встречаются реже, чем раз в десятилетие.

В исследовании также определены районы, наиболее подверженные воздействию этих мощных волн. Ближняя прибрежная зона вокруг Скандинавского полуострова, начиная от Мыса Нордкап, испытывает на себе всю ярость штормов. Информация о вероятности возникновения аномально высоких волн чрезвычайно важна для защиты морской деятельности в Арктике, транспорта и инженерных сооружений, включая нефтегазовые платформы, и также для снижения риска экологического ущерба.

«Особенно подвержены воздействию полярных циклонов южная часть Баренцева моря и северо-восточная часть Норвежского моря. В южной части Норвежского моря аномально высокие волны появляются чаще, но они не всегда связаны с полярными циклонами. Полученные нами оценки можно использовать при конструировании морских сооружений и планировании работ в арктических морях», – пояснила ученый.

Интересно, что атмосферные системы с высокой скоростью ветра, не классифицируемые как полярные циклоны, играют не менее значимую роль в частоте появления высоких поверхностных волн. Однако именно полярные циклоны являются главным механизмом образования гигантских волн в Баренцевом и Норвежском морях. «Наша дальнейшая работа будет направлена на то, чтобы получить распределения вероятностей появления волн, связанных не только с полярными циклонами, но и с другими факторами, оценить сезонную и межгодовую изменчивость интенсивности волнения. Для этого будут использованы спутниковые данные о ветре и волнении, а также результаты численного моделирования», – поделилась планами о продолжении данных работ Мария Юровскаая.

Изложенное в статье исследование дает более глубокое понимание огромной энергии, которой обладают полярные циклоны, и их влияния на формирование волн. Оно предоставляет ценные сведения для прогнозирования и управления рисками, связанными с этими штормами, обеспечивая безопасность морской деятельности. Располагая такими знаниями, можно более эффективно справляться с изучаемыми опасными явлениями, защищая инфраструктуру и минимизируя возможные угрозы.

Работы выполнялись при основной поддержке гранта РНФ № 21-17-00236 "Исследования поверхностных волн и их обрушений в тропических и полярных циклонах на основе спутниковых измерений и моделирования" и в рамках темы Госзадания FNNN-2021-0004 «Фундаментальные исследования океанологических процессов, определяющих состояние и эволюцию морской среды под влиянием естественных и антропогенных факторов, на основе методов наблюдения и моделирования».