Введение к работе
Актуальность темы. Ледяной покров Балтийского моря и. в особенности. Финского залива представляет интерес как с прикладной, так и с научно-исследовательской точек зрения. Интенсивность судоходства на трассах Финского залива исключительно высока, что предъявляет особенно жесткие требования к обеспечению информацией о состоянии ледяного покрова. В общей сложности более 15 предприятий и организаций различных Форм собственности регулярно (каждые 3-4 суток) запрашивают в СЗ УГМС информацию о фактическом состоя^ нии ледяного покрова Финского залива и об ожидаемых изменениях. Кроме того. Финский залив является весьма удобным полигоном для исследований некоторых явлений, характерных для ледяного покрова любых замерзающих морских бассейнов.
. До сих пор при исследованиях ледяного покрова Финского залива основное внимание уделялось либо анализу многолетней изменчивости ледовых условий, либо эмпирическому анализу некоторых конкретных явлений, .происходящих в ледяном покрове. При этом недостаточно изученными остаются вопросы влияния отдельных гидрометеорологических элементов на состояние ледяного покрова, особенности пространственно-временной изменчивости ледяного покрова синоптического и сезонного масштабов, отсутствуют физически обоснованные и практически работающие гипотезы, касающиеся специфики образования и взлома припая.' дрейфа, торошения и т.д. в условиях малого бассейна. Практически не исследована проблема влияния начальных условий и синхронных процессов на формирование ледовой обстановки
в заливе в различных пространственно-временных масштабах, особенно в диапазоне 5-10 суток.
Недостаточная изученность ледяного покрова Финского залива обусловливает неудовлетворительное состояние службы оперативных ледовых прогнозов для Балтийского моря в целом и Финского залива в частности. В настоящее время СЗ УГМС осенью составляет прогноз сроков ледообразования по ряду пунктов восточной части Финского залива с заблаговременностью 1 месяц и в течение зимнего сезона это же учреждение составляет краткосрочные (3-4 суток) прогнозы ледовых условий на Балтике. Эти прогнозы имеют в значительной степени качественный характер, т. е. прогноз формулируется в виде краткого (4 - 6 строк) словесного описания ожидаемых изменений ледовых условий.
Таким образом, в настоящее время, во-первых, многие аспекть формирования ледовых условий в Финском заливе остаются не исследованными, и. во-вторых, не существует метода ледового прогнозе для Финского залива с заблаговременностью несколько (5-7) суток, который бы отвечал следующим требованиям: а) максимально возможная независимость от опыта и квалификации прогнозиста; б) комплексность, т.е. прогнозирование большинства параметров ледяногс покрова; в) физичность. т.е. метод должен учитывать физически! механизм происходящих явлений природы; г) удобство и простоті пользования.
Цель работы заключается в том, чтобы:
разработать метод комплексного расчетами прогноза характерне тик ледяного покрова Финского залива малой заблаговременности
исследовать особенности пространственно-временной изменчивост
ледяного покрова Финского залива в синоптическом и сезонном масштабах;
Достижение поставленной цели требует решения ряда специальных задач, к числу которых относятся: а) разработка и обоснование метода исследования; б) разработка и обоснование содержания и последовательности вычислительных процедур; в) подбор и организация необходимых исходных данных; г) выполнение расчетных работ в объеме, достаточном для формулировки корректных выводов; д) формулировка критериев оценки метода и оценка его работоспособности; е) формулировка особенностей формирования и развития ледяного покрова Финского залива в указанных временных масштабах.
В качестве метода исследования используется метод математического (численного) моделирования ледяного покрова, что. во-первых, дает возможность наиболее эффективно исследовать и прогнозировать особенности эволюции ледяного покрова и. во-втсрых. способствует развитию моделирования как метода.
Поскольку только лишь восточная часть залива (к востоку от меридиана о.Гогланд) достаточно полно, регулярно и надежно освещена всеми необходимыми натурными данными и именно в восточной части залива ледовый климат более суров и проблемы, связанные с ледяным покровом, более серьезны и актуальны, то в настоящей работе построение и испытание модели выполнено применительно к восточной части залива. Для этого использовались: а) данные наблюдений на ГМС; б) карты синоптических прогнозов погоды; в) данные авиационных ИК-съемок температуры поверхности воды, выполнявшихся СЗ УГМС: г) данные визуальных ледовых авиаразведок, выполнявшихся СЗ УГМС по сетке стандартных галсов; д) данные визуальных ледовых
авиаразведок, выполнявшихся ЛО ГОИН по специальным программам (при участии автора).
Научная новизна работы заключается в следующем: а) впервые для Финского залива применена численная модель, позволяющая рассчитывать и прогнозировать большинство основных параметров ледяного покрова: б) предложен физически обоснованный метод расчета (прогноза) положения границ припая, давший весьма удовлетворительные результаты; в) предложен способ количественной оценки масштабов торошения при сжатиях статического характера: г) выявлены основные закономерности краткосрочной (до 5 суток) и сезонной изменчивости ледовых условий в Финском заливе.
Практическая ценность работы состоит в том. что с помощью предлагаемой модели можно составлять регулярные краткосрочные прогнозы состояния большинства параметров ледяного покрова Финского залива.
Апробация работы. Основные положения данной работы докладывались и обсуждались на XYII (Норрчепинг. Швеция. 1990) и на XYIII (С.-Петербург. 1992) Конференциях Балтийских океанографов, а также на I Рабочем совещании по климату ледяного покрова Балтики (Тварминне, Финляндия. 1993).. Прогностический вариант представляемой модели в течение зимнего сезона 1994-95 г.г. прошел производственные испытания в СЗ УГМС. где получил положительную оценку и внедрен в оперативную практику управления.
Публикации, По теме диссертации опубликовано 5 научных ра-
бот. . s
Основные положения работы, выносимые на зашиту:
і. Разработана математическая численная модель, позволяющая
с высоким качеством рассчитывать и прогнозировать основные элементы, характеризующие состояние ледяного покрова Финского залива: толщину льда. 'сплоченность, положение границ припая, дрейф. сжатия, торошения.; разрушенность.
-
Одним из ключевых факторов, от которого зависит ?волвция ледовых условий в Финском заливе, является припай. Основным механизмом формирования и разрушения припая является устойчивость ледяной пластины по отношению к отжимному ветру. Это явление может быть успешно смоделировано и спрогнозировано с помощью условия статического равновесия между тангенциальным напряжением ветра и сопротивляемостью припая.
-
В стесненных берегами бассейнах, доминирующую роль в динамике ледяного покрова играют околобереговые сжатия и связанные с ними деформации. При моделировании и прогнозировании динамики ледяного покрова весьма успешно работает вязко-пластическая реологическая модель.
-
Соотношение влияния начальных условий и синхронных процессов на состояние ледяного покрова Финского залива меняется как по пространству (восточная и северо-восточная части более инерционны, а в центральная и западняя - более изменчивы), так и во времени (в период ледообразования и таяния преобладает вклад синхронных процессов, а в период относительной стабилизации -
вклад началыых условий).
5. Наибольшие влияние на формирование ледовых условий в
Финском заливе оказывают изменчивость температуры воздуха и поля
ветра, наименьшее - влажности воздуха.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения. 5
- 8 -І
глав, заключения и приложения. Объем работы составляет 206 с., в том числе: текста - 156 с.. рисунков - 22 с.. таблиц -lie. приложение - 17 с. Список использованных источников включает 154 наименования.
