Метод и технология краткосрочного прогноза штормовых нагонов и возникающих во время них опасных гидрологических явлений в устьевой области Амура и в Сахалинском заливе. Результаты испытания метода


Общие сведения

Прогноз штормовых нагонов и возникающих во время них опасных гидрологических явлений в устьевой области Амура и в Сахалинском заливе является одной из ключевых технологических задач.

Цель работы – создание автоматизированного метода краткосрочного прогноза штормовых нагонов и возникающих во время них опасных гидрологических явлений в устьевой области Амура и в Сахалинском заливе с максимальной заблаговременностью, с использованием стандартной оперативной информации и повышение качества обслуживания отраслей экономики штормовыми предупреждениями.

На гидрологический режим Амура в его устьевой части значительное влияние оказывают такие факторы как речной сток, разность фонового уровня моря на морских границах устьевого взморья, наличие ледяного покрова, скорость и направление ветра, величина приливной волны, вызывающие сгонно-нагонные и приливо - отливные явления.

Влияние стока Амура на приливной режим Амурского лимана рассматривалось в работе Ю.В.Любицкого [5]. На примере пункта м. Пронге, расположенного на границе устьевого участка и взморья Амура, было установлено, что зависимость приливного режима от стока существует.

Колебания уровней воды Амура у г. Николаевска имеют годовой цикл и характеризуются существованием двух максимумов и двух минимумов, обусловленных колебаниями речного стока. Первый минимум соответствует зимней межени, второй - летней межени. Максимумы уровня соответствуют весеннему половодью и летне-осеннему паводку.

Приливо-отливные колебания уровня и связанные с ними течения скрадывают квазиустановившийся гидрологический режим устьевой части Амура. Вверх по реке приливы, затухая, распространяются в зависимости от водности реки и проникают до 300 км в период межени.

Для эффективной и безопасной работы отраслей экономики необходимо обеспечение своевременного предупреждения нагонных явлений с большой заблаговременностью. В настоящее время имеется много типов моделей стока, их характер изменяется в широком диапазоне - от простейших точечных моделей до распределительных с десятками параметров и сотнями пространственных элементов, которые в конечном итоге определяют заблаговременность получаемой основы, ее качество и информационную ценность.

Большинство этих моделей создано для рек Европейской территории России. Данная модель ориентирована на Амурский Лиман, в режиме которого преобладают сгонно- нагонные и приливо-отливные явления. Модель предназначена для составления краткосрочного прогноза (с заблаговременностью до 3-х суток) стихийного гидрометеорологического явления, возникающего в устьевой области р. Амур. Это экстремальные штормовые нагоны, вызывающие подтопление хозяйственных объектов в населенных пунктах о. Байдукова, Озерпах, Нижнее Пронге, Николаевск-на-Амуре, а также формирующиеся во время указанных нагонов другие опасные гидрологические явления: волнения моря, взлом припая на материковом побережье Амурского лимана, выход воды на лед на устьевом участке Амура при сплошном ледоставе.


Гидрографическое описание

Амур впадает в Амурский лиман в северной части Татарского пролива между материком и северной частью о. Сахалин. Гидрологический пост в устьевой части Амура расположен у г. Николаевска на левом берегу в 48 км от устья.

Устьевое взморье Амура представляет собой канал, соединяющий Охотское и Японское моря. Величина речного стока определяет опресненность устьевого взморья, дальность проникновения соленых вод вверх по реке и стратификацию вод взморья. Приливные волны, проникающие в Амурский лиман со стороны как Охотского, так и Японского морей, трансформируются и проникают высоко вверх по реке, оказывая влияние как на скоростной, так и на уровенный режим устьевой области. Сгонно-нагонные явления, создавая дополнительный уклон уровней, в основном, усиливают влияние какого-либо одного из морей.


Карта-схема расположения речных и морских водомерных постов



Гидрометеорологическая изученность

Ниже в таблице приведен список действующих станций и постов в рассматриваемом районе.

Таблица 1



При нагонах воды выше указанных отметок в сочетании с сильным ветром и высоким волнением отмечались затопления домов, разнос дров, лодок, повреждение метеорологических площадок и другие неблагоприятные явления (1983, 1994 гг.).

В пос. Пронге 6 октября 1983 г. при уровне воды 221 см был разрушен рыбзавод, смыто оборудование, разбит грузовой причал, флот выброшен на берег, повреждены линии связи.

В результате анализа и обобщения режимного и статистического материалов исторических наблюдений установлено, что в устьевой области Амура экстремальные штормовые нагоны наблюдались в августе - декабре, в другие месяцы они не возникали ввиду значительного развития ледяного покрова или недостаточной циклонической деятельности.


Обоснование метода прогноза

Метод базируется на двумерной нелинейной нестационарной численной гидродинамической модели расчета штормовых нагонов, в которой в качестве вынуждающих факторов используется прогностическая продукция (поля приземного атмосферного давления и ветра) региональной гидродинамической модели атмосферы, адаптированной для прогноза полей метеорологических элементов на территории Дальневосточного региона. При выполнении методических расчетов учитываются сток Амура, фоновые уровни моря прилегающих акваторий Охотского и Японского морей, гармонические постоянные основных волн прилива в береговых пунктах, сведения о ледовой обстановке на устьевом участке Амура, в Амурском лимане и Сахалинском заливе. Заблаговременность метода прогноза – 48 ч.

Метод работает полностью в автоматическом режиме. Прогноз составляется два раза в сутки – в сроки 00 и 12 ч ВСВ. Прогностическая продукция гидродинамической модели прогноза полей метеорологических элементов для Дальневосточного региона усваивается автоматически. В технологию по мере готовности поступает оперативная морская и гидрологическая информация: результаты дешифрирования сведений о наблюдаемых ледовой обстановке на устьевом участке Амура, в Амурском лимане и Сахалинском заливе, величине стока Амура, поступающих по каналам связи с сети Дальневосточного УГМС.

Выходная продукция метода прогноза включает:
- автоматически составленный текст информационного сообщения о результатах прогноза (интенсивность ожидаемого нагона, возможность и время превышения уровнем моря критических отметок в береговых пунктах, сведения об ожидаемой высоте волнения, возможности взлома припая в Амурском лимане и/или выходе воды на лед на устьевом участке Амура при сплошном ледоставе);
- ежечасные и максимальные значения суммарного (наблюдаемого) уровня моря, его нагонной и приливной составляющей в береговых пунктах.


Задачи и цели программы

Для эффективной и безопасной работы отраслей экономики необходимо обеспечение своевременного предупреждения нагонных явлений с большой заблаговременностью. Метод предназначен для прогноза штормовых нагонов в Амурском лимане и Сахалинском заливе с оценкой возможности превышения критических отметок уровня моря в береговых пунктах, при которых происходит подтопление и разрушение хозяйственных и жилых объектов.

Метод дает прогноз и других опасных морских и гидрологических явлений, возникающих в устьевой области Амура во время штормовых нагонов: подъема уровня воды, волнения моря, взлома припая, выхода воды на лед при сплошном ледоставе.

Применение этой модели обеспечивает увеличение заблаговременности и точности прогнозов, а также полную автоматизацию метода, что позволяет строить на его основе универсальную автоматизированную технологию в прибрежных населенных пунктах (Аян и др.).

Качество методики прогноза в целом зависит от полноты учета гидрометеорологических характеристик Критерий качества прогнозов


Результаты испытаний

1. Штормовые нагоны

Так как значительные штормовые нагоны в устьевой области Амура и в Сахалинском заливе возникают только осенью и в начале зимы, метод прогноза испытывался в период с 10 сентября по 31 декабря 2009 г. За данный период были составлены 164 прогноза.

1. В рамках 145 прогнозов было получено, что в исследуемом районе не ожидается возникновение штормового нагона. Составленное автоматически информационное сообщение имеет вид:

ИHФOPMAЦИOHHOE COOБЩEHИE
(ч ВСВ)

В САХАЛИНСКОМ ЗАЛИВЕ И АМУРСКОМ ЛИМАНЕ
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ШТОРМОВОГО НАГОНА НЕ ОЖИДАЕТСЯ.

2. Для 18 прогнозов было получено, что в Амурском лимане и Сахалинском заливе возможно возникновение штормового нагона небольшой величины, при этом затопление хозяйственных и жилых объектов не ожидается. Так как штормовые нагоны в исследуемом районе обычно имеют продолжительность несколько суток, составленные прогнозы характеризуют пять штормовых ситуаций (см. таблицу 2).

Таблица 2



Пример информационного сообщения для прогноза, составленного в 12 ч ВСВ 29.10.2009 г.:

ИHФOPMAЦИOHHOE COOБЩEHИE

ОЖИДАЕМЫЙ ШТОРМОВОЙ НАГОН В САХАЛИНСКОМ ЗAЛИBЕ
И AMУPCKOM ЛИMAHE БУДET ИMETЬ ОТНОСИТЕЛЬНО HEБOЛЬШУЮ
BEЛИЧИHУ (50 - 100 СМ).
MAKCИМAЛЬHЫE УPOBHИ MOPЯ(BOДЫ) HAД HУЛЯMИ ПOCTOB:
O.БАЙДУKOBA 201 CM
OЗEPПAX 90 CM
M.ПPOHГE 120 CM
HИKOЛAEBCK-HA-AMУPE 145 CM
МОСКАЛЬВО 270 СМ
ПPEBЫШEHИE УPOBHEM KPИTИЧECKИX OTMETOK B БEPEГOBЫX
ПУНКTAX HE OЖИДАЕТCЯ.
OЖИДAETCЯ BOЛHEHИE BЫCOTOЙ:
B PAЙOHE O.БAЙДУKOBA - 1,0-2,0 M,
B AMУPCKOM ЛИMAHE - 0,5-1,0 M.

3. В прогнозе от 00 ч 06 ноября 2009 г. указано, что ожидается превышение над уровнем моря критической отметки в пункте Москальво (восточное побережье Сахалинского залива). По прогнозу это превышение должно составлять 2 сантиметра и наблюдаться в течение одного часа:

ИHФOPMAЦИOHHOE COOБЩEHИE

ОЖИДАЕМЫЙ ШТОРМОВОЙ НАГОН В САХАЛИНСКОМ ЗAЛИBЕ
И AMУPCKOM ЛИMAHE БУДET ИMETЬ ОТНОСИТЕЛЬНО HEБOЛЬШУЮ
BEЛИЧИHУ (50 - 100 СМ).
MAKCИМAЛЬHЫE УPOBHИ MOPЯ(BOДЫ) HAД HУЛЯMИ ПOCTOB:
O.БАЙДУKOBA 245 CM
OЗEPПAX 73 CM
M.ПPOHГE 99 CM
HИKOЛAEBCK-HA-AMУPE 134 CM
МОСКАЛЬВО 352 СМ
ОЖИДAETCЯ ПPEBЫШEHИE УPOBHEM KPИTИЧECKИX OTMETOK
И ПOДTOПЛEHИE XOЗЯЙCTBEHHЫX OБЪEKTOB B ПУHKTAX:
МОСКАЛЬВО 12. 6 -12. 6,
HA УЧACTKAX AKBATOPИИ CBOБOДHЫX OT ЛЬДA, OЖИДAETCЯ BOЛHEHИE BЫCOTOЙ:
B PAЙOHE O.БAЙДУKOBA - 1,0-2,0 M,
B AMУPCKOM ЛИMAHE - 0,5-1,0 M.
HA OTДEЛЬHЫX УЧACTKAX MATEPИKOBOГO ПOБEPEЖЬЯ
AMУPCKOГО ЛИMAHA BOЗMOЖEH BЗЛOM ПPИПAЯ.

Для оценки качества составленных прогнозов использовались материалы наблюдений на береговых гидрометеорологических станциях и постах Дальневосточного УГМС. По состоянию на 1 марта 2010 г. не поступила отчетность со станций Джаоре и Байдуков за декабрь 2009 г.

Оценить качество прогнозов для станции Москальво Сахалинского УГМС не представляется возможным, т.к. наблюдения над уровнем моря в данном пункте не производятся.

Наблюдениями над уровнем моря значительные штормовые нагоны в Амурском лимане не зафиксированы (см. рисунок). Оперативной информации о возникновении в пределах данного объекта значительных штормовых нагонов с морской береговой сети Дальневосточного УГМС в сентябре – декабре 2009 г., причинивших ущерб хозяйственным организациям и населению, не поступало. Поэтому можно сделать вывод, что в указанный период в Амурском лимане не было случаев формирования значительных штормовых нагонов, не предусмотренных методом прогноза.



2. Прогноз высоты ветрового волнения

В рамках составленных прогнозов при наличии соответствующих ледовых условий (отсутствии припая на всей акватории Амурского лимана) получен прогноз высоты волнения.

Прогноз высоты волн составлен для трех штормовых ситуаций, так как 16 ноября 2009 г. и 23–24 ноября 2009 г. волнение не возникало из-за наличия льда. Результаты сравнения высот волн по наблюдениям (измеряются визуально) и полученных по прогнозу приводятся в таблице 3. Высота наблюдаемых волн в Амурском лимане получена по измерениям в пунктах Озерпах, Пронге, Джаоре):

Таблица 3
Высота волнения моря по материалам наблюдений в береговых пунктах и полученная в рамках прогноза


* – в пунктах Озерпах и Джаоре наблюдения над волнением не производились из-за наличия льда.

Все прогнозы высоты волн оправдались. В соответствии с требованиями морских гидрологических прогнозов прогноз считается оправдавшимся, если высота ожидаемого волнения моря в одном и более береговых пунктах, расположенных в пределах некоторого объекта, отличается от фактически наблюдавшейся не более, чем на 30 % от ее действительного значения.


3. Прогноз взлома припая в Амурском лимане

В четырех прогнозах – от 00 ч 05 ноября 2009 г. до 12 ч 06 ноября 2009 г. получено, что ожидается взлом припая на отдельных участках побережья Амурского лимана:

ИHФOPMAЦИOHHOE COOБЩEHИE

ОЖИДАЕМЫЙ ШТОРМОВОЙ НАГОН В САХАЛИНСКОМ ЗAЛИBЕ
И AMУPCKOM ЛИMAHE БУДET ИMETЬ ОТНОСИТЕЛЬНО HEБOЛЬШУЮ
BEЛИЧИHУ (50 - 100 СМ).
MAKCИМAЛЬHЫE УPOBHИ MOPЯ(BOДЫ) HAД HУЛЯMИ ПOCTOB:
O.БАЙДУKOBA 208 CM
OЗEPПAX 54 CM
M.ПPOHГE 73 CM
HИKOЛAEBCK-HA-AMУPE 117 CM
МОСКАЛЬВО 294 СМ
ПPEBЫШEHИE УPOBHEM KPИTИЧECKИX OTMETOK B БEPEГOBЫX
ПУНКTAX HE OЖИДАЕТCЯ.
HA УЧACTKAX AKBATOPИИ CBOБOДHЫX OT ЛЬДA, OЖИДAETCЯ BOЛHEHИE BЫCOTOЙ:
B PAЙOHE O.БAЙДУKOBA - 1,0-2,0 M,
B AMУPCKOM ЛИMAHE - 0,5-1,0 M.
HA OTДEЛЬHЫX УЧACTKAX MATEPИKOBOГO ПOБEPEЖЬЯ
AMУPCKOГО ЛИMAHA BOЗMOЖEH BЗЛOM ПPИПAЯ.

Припай (светлый нилас) количеством 2 балла был полностью взломан 5 ноября в пункте м.Пронге. Составленный прогноз оправдался.
В пунктах Озерпах и м.Джаоре взлома припая не было.


4. Прогноз выхода волы на лед на устьевом участке Амура при сплошном ледоставе.

Явление не прогнозировалось и по имеющимся данным наблюдений не возникало.


Заключение

1. В период испытания метода прогноза в Амурском лимане, как по наблюдениям, так и по составленным прогнозам, не были зафиксированы значительные штормовые нагоны, вызывающие затопление хозяйственных и жилых объектов. В этой части метод прогноза можно считать оправдавшимся, так как штормовые нагоны, не предусмотренные методом прогноза, не возникали.
2. Составленные прогнозы высоты волнения моря и о взломе припая 5–6 ноября 2009 г. в Амурском лимане полностью оправдались.
Результаты испытаний полностью подтверждают состоятельность концепции и схемы модели прогноза, которая позволяет получать удовлетворительные прогнозы вероятности возникновения нагона. Качество прогноза удовлетворительное .
3. Модель, разработанная в ДВНИГМИ Ю.В.Любицким за период испытания показала удовлетворительную оправдываемость и может быть использована в оперативной работе отдела гидрологических прогнозов Хабаровского ЦГМС-РСМЦ.
Методика полностью автоматизирована, ориентирована на использование стандартной оперативной информации о стоке информационных постов из базы АРМ «Гидролога-оперативника», может быть использована для анализа сценариев и вероятного прогнозирования штормовых нагонов.
Работа, выполненная в 2009 г., является подготовительным этапом работ по модернизации, развитию и унификации технологических решений автоматизации краткосрочных прогнозов штормового нагона на акваториях Охотского моря и Сахалинского залива.
Испытания автоматизированного метода прогноза штормового нагона показали, что возможно получение прогнозов удовлетворительного и хорошего качества при условии соблюдения основных ограничений модели.
Важным преимуществом разработанной методики является ее пригодность для применения в прибрежных пунктах.


Рекомендации о внедрении

Технический совет Хабаровского ЦГМС-РСМЦ в своем решении от 24 марта 2010 г., обсудив результаты испытаний метода краткосрочного прогноза штормовых нагонов и возникающих во время них опасных гидрологических явлений в устьевой области Амура и в Сахалинском заливе, одобрил выполненную работу и рекомендовал внедрить метод в оперативную практику отдела гидрологических прогнозов Хабаровского ЦГМС-РСМЦ.


Список использованных источников

1. Методические указания по проведению производственных (оперативных) испытаний новых и усовершенствованных методов гидрологических и гелиофизических прогнозов (РД 52.27.284-91).
2. Наставлением по службе прогнозов раздел 3, часть 1, 1962.
3. Рукопись ДВ УГМС «Отчет о совместной экспедиции в устье реки Амур ДВНИГМИ и Амурской УС с 6 августа по 24 сентября 1978 г», Владивосток 1978, 486с.
4. Рукопись ДВ УГМС «Разработать схемы оптимального размещения береговых гидрометстанций и постов на морях СССР», Козловский В.Б., Любицкий Ю.В., Хабаровск 1980, 44 с.
5. Рукопись ДВ УГМС «Отчет о НИР разработать и испытать метод краткосрочного прогноза штормовых нагонов на устьевом взморье р. Амур», Любицкий Ю.В., Хабаровск 1991, 125 с.


Авторы метода

Ю.В. Любицкий, Е.М. Вербицкая
ГУ «ДВНИГМИ»

Отчет об испытании подготовили:
главный синоптик С.В. Агеева,
начальник отдела гидрологических прогнозов Н.Ф. Ефремова,
гидролог отдела гидрологических прогнозов А.А. Сафронова


Контакты

Агеева Светлана Владимировна
E-mail: gmc@hbrw.mecom.ru


© Методический кабинет Гидрометцентра России