Российские ученые рассказали, как увеличить точность прогнозирования штормов в Чёрном море

В ноябре 2023 года Чёрное море накрыли два мощных шторма с высотой волн до 9-10 метров, которые привели к серьезным разрушениям, а в некоторых случаях и человеческим жертвам. Пострадали прибрежные районы России, Турции, Болгарии, Украины и Грузии. Их назвали «штормами века», но, как заявили в МГИ РАН, в некоторых точках прибрежной зоны прогнозы высоты волн были завышены тогда в 1,5-2 раза.

Как сообщили в Минобрнауки России, чтобы в следующий раз прогнозы были более точными, сотрудники МГИ РАН совместно с Институтом автоматики и процессов управления ДВО РАН проанализировали различные подходы к моделированию волн в экстремальных погодных условиях.

По словам соавтора исследования, старшего научного сотрудника института Марии Юровской, по-настоящему физически обоснованные прогнозы штормов стали возможны начиная приблизительно с середины прошлого века. Этому способствовала появившаяся теория развития ветрового волнения. В результате сегодня существует несколько основных волновых моделей, которыми пользуются ученые.

Параметры волн обычно измеряют с помощью контактных датчиков (буев, волнографов) или дистанционными методами, к примеру, при помощи спутников. В МГИ РАН детально проанализировали применимость нескольких наиболее популярных моделей и сравнили их эффективность, используя также свои оригинальные наработки.

Так, гидрофизики установили, что увеличение детализации данных о ветре не всегда приводит к повышению точности прогнозов волн. В отдельных прибрежных районах более важными оказываются детали рельефа морского дна, причем с разрешением до десятка метров.

– Рельеф дна (батиметрические карты) обычно получают в результате проведения специальных съемок с использованием эхолотов, – поясняет Мария Юровская. – Обычно глубина слабо меняется со временем, поэтому множество таких многолетних измерений усреднены и систематизированы в виде цифровых карт глубины моря. Сегодня такие карты, построенные для всего земного шара, имеют разрешение порядка нескольких километров и являются общедоступными. Для более подробного анализа, как в нашем исследовании, конечно же, предпочтительно иметь карты с более высоким разрешением, которые могут быть получены в результате целенаправленных промеров.

– И как же установить взаимосвязь донного рельефа с прогнозируемой высотой волн?

– Взаимодействие волн с морским дном весьма сложный процесс. Если глубина моря довольно большая, то волны «не чувствуют» дно и их распространение никак не зависит от подводного рельефа. Когда глубина становится сопоставима с длиной волны, грубо говоря, становится меньше, чем расстояние от гребня до гребня, начинают проявляться эффекты мелководья – волны могут изменять свое направление (явление, известное как рефракция), становятся более крутыми и в конце концов обрушиваются, образуя хорошо всем известные буруны и «барашки», видимые на морской поверхности в виде белой пены. Такие крутые волны вдали от берега могут быть весьма опасны для судоходства, поэтому при сильном волнении судоводители стараются обходить стороной подводные отмели.

– Помимо численных расчетов, существуют ли еще способы предсказать возникновение аномально высоких штормовых волн?

– Иногда предвестниками штормов являются низкочастотные звуковые колебания, известные также как микросейсмы и «голос моря». Они могут приходить в точку наблюдения быстрее, чем сам шторм. Изучению таких процессов как раз и посвящен проект, в рамках которого выполнена данная работа.

– В 2023 году во время «шторма века» что еще могло повлиять на качество прогнозов?

– Сравнивая предсказания, полученные по разным моделям, с реальными измерениями, которые удалось получить со стационарной океанографической платформы МГИ, мы пришли к выводу, что труднее всего спрогнозировать волны в прибрежной зоне. Помимо особенностей морского дна, весьма важную роль играют очертания берега и рельеф местности. Например, вблизи экспериментальной базы нашего института (мыс Кикенеиз) высота волны была «всего» 4,5 м, а на мысу в нескольких километрах западнее этого места, был разрушен недавно построенный причал. Причиной этого, на наш взгляд, является ветровое и волновое «затенение» одного мыса другим и особенности рельефа дна. Такие локальные эффекты оказываются весьма важными, а иногда и доминирующими при прогнозе штормовых волн определенных направлений в прибрежной зоне.