Сгонно-нагонные колебания уровня воды в Новом Порту (Обская губа)

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Сгонно-нагонные колебания уровня воды в Новом Порту (Обская губа)

А.А. Пискун, Г.Н. Войнов

ГНЦ РФ Арктический и антарктический научно-исследовательский институт, Санкт-Петербург, Россия. ФГБУ «Государственный океанографический институт им. Н.Н. Зубова», Санкт-Петербургское отделение, Санкт-Петербург, Россия

Резюме

Целью исследования было рассмотрение характеристик сгонно-нагонных колебаний уровня воды в бухте Новый Порт (Обская губа), полученных по новой для данного объекта методологии. Выполнен анализ качества срочных наблюдений за уровнем воды. Сформированы однородные ряды уровней с учетом необходимых поправок, выявленных в результате анализа высотной основы поста и применения способа контроля и калибровки многолетних срочных наблюдений за уровнем. На основе использования новых средних оценок гармонических постоянных прилива получены массивы остаточных уровней. По рядам остаточных уровней выполнен анализ величины и продолжительности сгонов и нагонов. При этом сгоны рассматривались относительно остаточного уровня 95-процентной обеспеченности, нагоны -- относительно 5-процентной обеспеченности. Изложены результаты оценок сгонно-нагонных колебаний уровня воды, приведены статистические характеристики.

Ключевые слова: качество данных, Обская губа, однородные ряды, остаточный уровень, приливная составляющая, сгоны-нагоны, срочные наблюдения, статистические характеристики.

STORM SURGES IN THE WATER LEVEL VARIATION IN THE NEW PORT (GULF OF OB) ALEXANDER A. PISKUN, GENNADY N. VOINOV

State Scientific Center of the Russian Federation Arctic and Antarctic Research Institute, St. Petersburg, Russia. Zubov State Oceanographic Institute, St. Petersburg, Russia

Summary

The processing of 6-hourly intervals level measurements at the New Port polar station was previously difficult due to poor data quality and the lack of methodology for assessing them and bringing observations into uniform rows. Therefore, since the second half of the 20th century, no research of wind-induced water has been carried out. In 2015, for the first time, the authors formed a base of residual levels (observations minus forecasting) for 1977-2012 on 6-hourly intervals observations of water level at the New Port station using the method of tide calibration. In the present work, a period of observations with relatively reliable data for 1977-1991 was selected for the research of the storm surges in the water level fluctuations. Surges are considered in comparison with the 5 % probability, and ranges with 95 % probability. The annual distribution of the number of surges and ranges showed an average of 12.4 surges and 11.2 ranges per year. The maximum number of surges and ranges was observed in 1981 and was 21 surges and 27 ranges. In the time course of fluctuations of residual levels during the above period, the maximum with the value of634 cm was noted in 1987 and occurred during the autumn period (ice composition). The length of the surges varied between 0.25 days and 13.5 days. Most of the surges occurred in the period June-October (78.8 %) with the largest number in September (22,8 %). In the period January-May the number of surges decreases to 7.6 % and is zero in April. The lowest ranges residual level was observed in 1986 (343 cm above zero fasting). The total fluctuation of the residual level in New Port during the period of 6-hourly intervals level observations in 1977-1991 was 291 cm. This is 23 cm more than was recorded at the Cape Kamenny station. The length of the ranges varied from 1 day to 8 days. The majority of the intra-annual distribution of the number of ranges over a multi-year period was observed in July-October (83.7 %) with the maximum number in September (28.1 %). A small number of ranges were observed in January and March, and their total absence in April and May. The duration of surges and ranges is inversely dependent on their growth rate. Thus, the highest growth rate of the residual level at the deposit of 5.1 cm/hour corresponds to the duration of the deposit of 0.25 days. The greatest duration of growth of the surge level (9.25 days) corresponds to a speed of 0.14 cm/h. The drop in the level during the range occurred at the highest speed of 11.6 cm/h, the rise from the minimum residual level at the speed of 6.97 cm/h. Corresponding to these rates, the duration of the decline and rise of the range level was 0.15 cm/h. The highest rise time of the residual range level was 5.25 days at an intensity of 0.44 cm/h.

Keywords: 6-hourly intervals data, data quality, gulf of Ob, homogeneous series, residual level, statistical characteristics, tidal component.

Введение

Информация о колебаниях уровня всегда востребована на стадиях изыскания, проектирования, строительства и эксплуатации объектов на побережье и акватории губы. При этом требуются характеристики, как суммарного уровня, так и его составляющих -- сгонно-нагонной и приливной. Выделенная сгонно-нагонная составляющая в виде остаточного уровня крайне необходима для поиска предикторов из числа метеорологических данных при разработке методов краткосрочного прогноза уровня [1]. Как известно, режим уровней в районе полярной станции Новый Порт формируется под влиянием ряда факторов, главными из которых являются анемобарические, динамические процессы и речной сток [2-8]. При этом сезонные колебания величины речного стока в сочетании с высотным положением уровня Карского моря формируют фон в Обской губе, относительно которого происходят колебания уровня, вызванные периодическими и непериодическими явлениями. Сгонно-нагонные колебания уровня в Обской губе формируются под влиянием барических образований, центр которых расположен либо к востоку от губы (циклоны, вызывающие нагонные ветры северной четверти), либо к западу (антициклоны, вызывающие сгонные ветры южной четверти) [6-8].

Как отмечает А.В. Коптева [9], устойчивые ветры северной четверти в районе Обской губы и прилегающей южной части Карского моря вызывают подъем уровня и нагонные течения, направленные на юг, а устойчивые ветры южной четверти падение уровня и сгонные течения, направленные на север. Западные и восточные ветры заметного влияния на уровень и течения не оказывают.

Изменения уровня и течений наступают несколько позже прохождения барических систем. Если ветры связаны с малым барическим образованием, быстро смещающимся на восток, запаздывание колеблется от 4 до 6 час. Обширные барические поля, медленно смещающиеся над открытой частью Карского моря, увеличивают запаздывание до суток. Чем дальше от района губы проходят соответствующие барические образования, тем позже наблюдаются сгонно-нагонные изменения уровня, и наоборот.

Рост уровня обусловлен не только устойчивыми северными ветрами. Эти явления часто наблюдаются при штиле после продолжительных и сильных южных (сгонных) ветров. В таких случаях подъем определяется возвратом уровня к среднему положению, нарушенному предшествующим сильным спадом. Аналогично этому значительный спад уровня может происходить при штиле после предшествующего сильного нагона.

Следует отметить, что сгонно-нагонные колебания уровня распространяются в виде поступательной волны по всей губе, причем размах их постепенно увеличивается в направлении от входа в губу к дельте р. Оби [9].

Акватория губы, прилегающая к Новому Порту, занята пресными водами в течение всего года. Период без ледовых явлений в среднем отмечается с первой декады июля по первую декаду октября [10]. Пик уровня весеннего половодья проходит при наличии ледяных образований. Колебания суммарного (наблюденного) уровня наиболее развиты в период открытой воды. Экстремальные уровни генерируются не половодьем, а сгонами-нагонами преимущественно в период чистой воды.

Выполненные ранее исследования непериодических колебаний уровня в Новом Порту [6, 7, 9] были основаны на крайне ограниченных материалах натурных наблюдений.

Также отсутствовала методология обработки и анализа срочных наблюдений за уровнем воды. Выделение непериодических колебаний производилось по методу Т.П. Марютина [6], что приводило к погрешностям в подавлении приливной составляющей.

Целью настоящей работы было обширное рассмотрение характеристик сгонно-нагонных колебаний уровня, полученных по новой для данного объекта методологии [4, 10-13].

Исходные данные и методика обработки

Первые экспедиционные наблюдения за уровнем воды в Новом Порту относятся к августу 1921 г. [14]. Они выполнялись ежечасно в течение двух недель. Более продолжительные ежечасные данные о колебаниях уровня в Новом Порту, пригодные к обработке гармоническим анализом, были получены в период экспедиционных работ в июле-сентябре 1938 и 1939 гг. [9].

Попытка организовать стационарные наблюдения за уровнем в Новом Порту была предпринята в 1944 г. на реечном посту. В 1949 г. пост был обновлен Гипроречтрансом. Материалы наблюдений за 1949-1954 гг. были забракованы [10, 15]. Пост функционировал до 13 июля 1963 г., затем был перенесен на 0,6 км к югу от пирса, где существует до настоящего времени. При этом высота нуля поста была оставлена без изменения и предложено считать уровенные наблюдения увязанными с предыдущими [15].

До 1977 г. наблюдения выполнялись преимущественно в период открытой воды. По 1976 г. включительно они были двухсрочными (8 и 20 часов местного декретного времени). С 1978 г пост перешел к круглогодичным измерениям уровня. За исключением отдельных месяцев 1977, 1979 гг., когда измерения уровня велись с помощью самописца ГМ-28, наблюдения в последующие годы выполнялись в сроки 03, 09, 15, 21 ч по московскому времени.

Пост оборудован водомерной рейкой, укрепленной на сваях пирса на расстоянии 100 м от берега при глубине около 1,5 м. С образованием устойчивого припая уровенные наблюдения выполняются по подвесной водомерной рейке в майне с подогревом, расположенной в 200 м к востоку от берега.

Пост привязан к Балтийской системе высот. Высотная основа в районе уровенного поста Новый Порт по состоянию на 2015 г. представлена основным репером (год закладки 1966), контрольным и тремя рабочими реперами.

С 1 января 1977 г. для станции Новый Порт, как и для других станций Обской и Тазовской губ в период 1976-1978 гг., было изменено высотное положение нуля поста. Оно было вызвано введением единого нуля (ЕНП), равного -5,000 м БС для всех морей СССР, связанных с Мировым океаном. При этом для большинства станций Обской губы ЕНП был введен с опережением перехода на уравненную систему высот, что в дальнейшем усложнило формирование однородных уровенных рядов. Известно, что любое уточнение отметок реперной сети постов влечет за собой необходимость соответствующей корректировки отметок нулей постов. Но в данном случае они становятся отличными от ЕНП, что сводит на нет идею перехода на эту систему. При этом для сохранения однородности уровенного ряда на посту (относительно высотного положения плоскости отсчета) при каждом уточнении высотной основы приходится заново вводить поправки к ранее наблюденным уровням.

Так, в 1982 г отметка основного репера станции Новый Порт была в очередной раз уточнена на 0,035 м, поэтому, ради сохранения неизменности значения ЕНП, уровни также потребовалось пересчитать. За период с января 1977 г. по июль 1981 г. поправка к уровням, опубликованным в изданиях Водного кадастра, составила +47 см, за период 1982-1989 гг. она равна +4 см [16]. За все последующие годы материалы публикуемой части Водного кадастра не изданы, их корректировка согласно рекомендациям экспертов не завершена. Наиболее сложной задачей, с которой столкнулись эксперты, является оценка однородности уровенных рядов относительно предыдущих лет, в том числе с позиций высотной основы, из-за отсутствия необходимой информации.

Анализ имеющихся доступных архивных материалов по высотной основе поста позволил установить, что в период 1977-1991 гг. наибольшие инструментально зафиксированные разовые изменения превышений между реперами в Новом Порту достигали 0,16 м (между смежными нивелировками 1984 и 1987 гг.). Характерно, что нивелировки выполнялись зачастую с интервалом в несколько лет [16].

Рис. 1. Ход среднегодовых уровней воды на посту Новый Порт

Результаты специальных нивелировочных работ, выполненных на станции Новый Порт в рамках экспедиции «Ямал Арктика 2012» [17], показали, что превышение между парой реперов, сохранившихся в относительно хорошем состоянии, изменилось за период с 22.02.1991 г. по 27.08.2012 г. на 0,13 м. Однако эта существенная величина, по-видимому, не может быть учтена в поправках к уровню за указанный период, поскольку неизвестно ее истинное изменение по годам.

Анализ хода среднегодовых уровней по Новому Порту показал, что за 2001 г. уровень лежит на грани минимальных значений за весь период наблюдений. В 2002 и 2003 гг. они с занижением выходят за пределы предшествующих многолетних колебаний (рис. 1) [10, 16]. При этом в целом за период 1950-2006 гг. не наблюдалось тенденции снижения ни стока воды на речной границе Обско-Тазовской устьевой области, ни уровня на акватории моря, прилегающей к ее морской границе. Следовательно, причина отмеченных заниженных значений уровня может заключаться, в том числе, и в качестве материалов наблюдений, которое, для определенных периодов, нельзя признать удовлетворительным из-за отсутствия контроля высотной основы поста.

Отмеченные проблемы с высотной основой поста Новый Порт не позволяют сформировать однородные ряды уровня по полному массиву имеющихся данных Водного кадастра, что существенно снижает возможность расчета различных статистических характеристик за весь период наблюдений.

Качество уровенных рядов в Новом Порту снижают также многочисленные пропуски в наблюдениях, что особенно характерно для периодов 1977-1978, 19821985, 2004-2012 гг. (табл. 1). В эти периоды перерывы в наблюдениях составляли от 0,8 до 88 % от месячного объема стандартных 4-срочных наблюдений. В 1977, 1984, 1985, 2004 гг. имеются сплошные перерывы в данных наблюдений от месяца до полугода. Согласно данным фондовых таблиц ТГМ-1 лишь годы 1981, 1986, 1988-2003 характеризуются отсутствием перерывов в наблюдениях.

В таблицах ТГМ-1 по Новому Порту, к сожалению, нет объективной информации о качестве наблюдений и содержится сравнительно немного сведений о сомнительных данных: по 2 случая за год в 1977-1979, 1984, 2010 гг., по 3 случая в 1980, 1986 гг., 5 случаев в 1981 г. и 14 -- в 1987 г.

Таблица 1. Сведения о перерывах в наблюдениях за уровнем воды на посту Новый Порт за период 1977-2012 гг. по данным таблиц ТГМ-1

Примечание: числитель -- количество пропущенных срочных наблюдений; знаменатель -- % от полной месячной серии наблюдений; + означает наличие полного ряда наблюдений в течение месяца; прочерк -- наблюдения отсутствовали в течение месяца. Годы с полными наблюдениями не показаны.

Дальнейший углубленный анализ первичных данных вскрыл недостатки в материалах наблюдений, которые невозможно обнаружить традиционными методами, рекомендованными наставлением [18]. Это касается ошибок, обусловленных несоблюдением регламента по производству наблюдений и первичной обработке их результатов. Типичным скрытым недостатком данных является изменение времени наблюдений относительно целых часов, сведения о которых в таблицах ТГМ-1 зачастую не приведены. Такие нарушения обнаружены, в том числе, и в благополучные с позиций полноты данных 1981, 1986, 1988-2003 годы.

Выявление неявных при визуальном контроле ошибок стало возможным благодаря использованию для анализа приливов оригинальной авторской методики и компьютерных программ [19, 11, 12]. Такой анализ выполнен для оценки характеристик приливов и сгонов-нагонов в Новом Порту по наблюдениям за уровнем в период 1977-2012 гг., доступных для авторов на текущий момент. Подробные данные о приливах в районе Нового Порта, использованные в настоящей работе, опубликованы ранее с критическим анализом всех предшествующих исследований приливов в данном районе [10, 13].

Методика анализа приливов (способ калибровки) [19] представляет собой развитие опубликованных ранее авторских разработок [11, 12]. Она позволяет выполнять оценки приливов и углубленную экспертизу исходных рядов как ежечасных, так и 4-срочных наблюдений, что имеет решающее значение применительно к Новому Порту. При этом методика позволяет не только выявлять скрытый брак в наблюдениях, но и корректировать ряды уровня.

На первом этапе обрабатываются гармоническим анализом по методу наименьших квадратов (МНК) все имеющиеся ежечасные серии с целью формирования оценок гармонических постоянных прилива на каждый месяц года. В результате анализа получаем полный список гармонических постоянных (с долгопериодными приливами) на 12 месяцев года. Последующие расчеты ведутся с помощью специально разработанной программы предвычисления прилива по постоянному, но индивидуально заданному на каждый месяц набору волн (26 короткопериодных волн в каждом месяце плюс 4 долгопериодные волны). При этом долгопериодные приливы определялись из среднесуточных значений уровня за весь период наблюдений [13]. Полное изложение методики, использованной в данном исследовании, приведено в работах [13, 11, 12]. В кратком виде методология сводится к тому, что приведение 4-срочных наблюдений к однородным рядам производится с помощью квазиприливной компоненты исходных данных и таковой компоненты предвычисленного ряда, выделенных специальным фильтром низких частот [11]. Далее производится выявление скрытых ошибок в наблюдениях и коррекция рядов уровня с помощью способа калибровки [19], после чего по откорректированным рядам производится гармонический анализ во втором приближении. Затем идет расчет приливного ряда и остаточного (наблюдения минус предвычисления), который представляет практически в чистом виде сгонно-нагонные колебания уровня моря. При этом будем применять подход к анализу сгонов-нагонов, использованный ранее в работах [4, 7]. Он заключается в том, что сгоны определяются относительно уровня 95-процентной обеспеченности, нагоны -- относительно 5-процентной обеспеченности. Применение уровней заданной обеспеченности в качестве отсчетных критериев для сгонов-нагонов позволяет получить сравнимые характеристики непериодических колебаний по многолетнему однородному ряду остаточного уровня. Использование для этих целей среднемесячных значений, как это делалось ранее, дает неустойчивые характеристики вследствие больших вариаций этих значений уровня.

Результаты

Для получения уровней заданной обеспеченности использованы относительно надежные данные наблюдений за период 1977-1991 гг., которые нами приведены к единой плоскости отсчета (БС-77) с учетом полученных ранее поправок [10, 16].

Рассчитанные по остаточным рядам уровни различной обеспеченности даны в табл. 2. Из нее видно, что остаточный уровень 5-процентной обеспеченности для периода с ледовыми явлениями ниже, чем для безледного периода. Для уровня 95-процентной обеспеченности характерна обратная картина.

Остаточные уровни заданной обеспеченности, необходимые нам для дальнейшего анализа сгонов-нагонов, имеют следующие значения. Уровень 5-процентной обеспеченности равен 524 см над нулем поста, уровень 95-процентной обеспеченности составляет 446 см (табл. 2).

Характеристики распределения по годам числа нагонов выше остаточного уровня 5-процентной обеспеченности даны в таблице 3. По данным этой таблицы видно, что наиболее часто такие нагоны наблюдались в 1981 г (21 случай). Меньше всего подобных нагонов отмечено в 1990 г. (4 нагона). Максимальный остаточный уровень (634 см над нулем поста) отмечен в 1987 г, продолжительность которого (12,5 сут) оказалась близкой к максимальной среди всех нагонов за рассматриваемый период. Его превышение над уровнем 5-процентной обеспеченности составило 110 см, над среднемесячным -- 108,8 см. Самое большое превышение остаточного уровня над среднемесячным уровнем отмечено в 1978 г (129,3 см). Превышение этого нагона над уровнем 5-процентной обеспеченности составило 67,2 см, что сравнительно близко по величине лишь к среднему многолетнему значению максимальных за год нагонных явлений.

Таблица 2. Значения остаточных уровней заданной обеспеченности по 4-срочным наблюдениям на посту Новый Порт за 1977-1991 гг.

Примечание: переходный период весны -- от начала взлома ледяного покрова до полного очищения акватории; переходный период осени -- от начала устойчивого ледообразования до полного замерзания.

Таблица 3. Характеристики наибольших за год нагонов по срочным наблюдениям на посту Новый Порт по ряду остаточных уровней за 1977-1991 гг.

Примечания: Нм.|кс -- максимальный остаточный уровень; Н5% -- остаточный уровень 5-процентной обеспеченности, равный 524 см; ДН--превышение остаточного максимального уровня над уровнем 5-процентной обеспеченности; Нсрмес -- среднемесячный остаточный уровень; т -- продолжительность; тмакс -- наибольшая продолжительность.

Выборки нагонов по наибольшей за год продолжительности над уровнем 5-процентной обеспеченности показывают, что она изменялась в пределах от 0,25 сут (1990 г.) до 13,5 сут (1978 г.). Максимальный уровень этого, наиболее продолжительного за весь рассматриваемый период наблюдений, нагона 1978 г. всего на 31,2 см превышает уровень 5-процентной обеспеченности. Отметим, что самый большой по высоте нагон 1987 г., сформировавший остаточный уровень 634 см над нулем поста, имеет несколько меньшую продолжительность (12,5 сут), но превышает уровень 5-процентной обеспеченности на 110 см. В целом не выявлено какой-либо зависимости продолжительности максимальных за год нагонов с превышением их над заданным критерием.

Отмеченный выше самый большой нагон (634 см над нулем поста, 24.10.1987 г) относительно остаточного уровня 5-процентной обеспеченности (см. табл. 3) был двухпиковый. Наличие нескольких пиков при затяжном нагоне не является редкостью. Особенностью этого нагона является то, что начался он при чистой воде, а закончился при полном замерзании акватории. Основной пик приурочен к осеннему переходному периоду от безледного состояния к ледоставу. В целом за рассматриваемый период три из максимальных за год нагона относятся к переходному периоду осени, один -- к начальному периоду полного замерзания (ноябрь 1991 г.), остальные -- к открытой воде.

Характеристики наибольших за год сгонов ниже остаточного уровня 95-процентной обеспеченности даны в таблице 4. Из таблицы видно, что наибольшее количество сгонов (27 случаев) наблюдалось в 1981 г., в котором также произошло наибольшее количество нагонов выше уровня 5-процентной обеспеченности (21 случай) (см. табл. 3). Самым спокойным в отношении сгонов ниже уровня 95-процентной обеспеченности оказался 1987 г. (3 случая).

Самый низкий сгонный остаточный уровень (343,1 см над нулем поста) наблюдался в 1986 г. Он на 102,9 см ниже принятой плоскости сравнения для сгонных уровней (уровень 95-процентной обеспеченности, равный 446 см над нулем). Относительно среднемесячного значения этот же остаточный уровень оказался ниже на 123 см. В данном случае, в отличие от нагонов, превышение минимального сгонного уровня оказалось наибольшим как относительно уровня 95-процентной обеспеченности, так и среднемесячного и наблюдалось в одном и том же году.

Продолжительность сгона в 1986 г. (3,6 сут) лежит в пределах средних за многолетний период значений относительно уровня 95-процентной обеспеченности и среднемесячного. Самый продолжительный сгон (8 сут) произошел в 1981 г. (см. табл. 4). Наименьшая продолжительность сгона (1 сут) от уровня 95-процентной обеспеченности наблюдалась в 1990 г. (см. табл. 4).

Таблица 4. Характеристики наибольших за год стонов по срочным наблюдениям на посту Новый Порт по ряду остаточных уровней за 1977-1991 гг.

Примечание: Нмин -- минимальный остаточный уровень; Н95% -- остаточный уровень 95-процентной обеспеченности, равный 446 см; ДН -- превышение остаточного минимального уровня над уровнем 95-процентной обеспеченности.

Внутригодовое распределение количества нагонов и сгонов в Новом Порту и на м. Каменный представлено на рис. 2. Из этого рисунка видно, что большая часть нагонов выше остаточного уровня 5-процентной обеспеченности приходится на период июнь-октябрь (145 нагонов из 184 за год, т. е. 78,8 %) с наибольшим количеством в сентябре (42 нагона, 22,8 %). В ноябре-декабре активность непериодических колебаний уровня, превышающего значения данной обеспеченности, составляет всего 13,6 %. В период январь-май их количество снижается до 7,6 % и равно нулю в апреле. Обращает на себя внимание значительно большее число нагонов указанной обеспеченности в Новом Порту по сравнению с м. Каменный, выбранных за одинаковый период наблюдений. Детальные характеристики сгонов-нагонов на посту м. Каменный по полному ряду стационарных наблюдений приведены в [4]. Основная часть внутригодового распределения количества сгонов ниже остаточного уровня 95-процентной обеспеченности за многолетний период (см. рис. 2) наблюдалась в июле-октябре (83,7 % от общего числа) при максимальном количестве в сентябре (28,1 %). Для сравнения отметим, что в эти месяцы на посту м. Каменный произошло 56,4 % сгонов.

Рис. 2. Распределение по месяцам нагонов (a) выше уровня 5-процентной обеспеченности и сгонов (б) ниже 95-процентной обеспеченности на постах Новый Порт и м. Каменный за 1977-1991 гг.

Незначительное количество сгонов относительно заданных авторами критериев в Новом Порту наблюдалось в январе и марте, а полное их отсутствие -- в апреле и мае.

Самый сильный сгон 10 ноября 1986 г. (при остаточном уровне 343,1 см над нулем поста) приходится на период ледостава. К периоду ледостава относятся также максимальные годовые сгоны 1978 и 1979 гг. Остальные наибольшие сгоны за рассматриваемые годы отмечены в период чистой воды.

Общий размах колебаний остаточного уровня в Новом Порту за период срочных наблюдений 1977-1991 гг. составил 290,9 см. Для сравнения отметим, что это на 23,4 см больше, чем на посту м. Каменный [4].

На рис. 3 представлены связи продолжительности и скорости роста и спада уровня при всех нагонах выше 5-процентной обеспеченности, а также спада и подъема уровня при всех сгонах ниже 95-процентной обеспеченности.

Заметим, что представленные на рис. 3 зависимости отражают закономерность, характерную и для других гидрометеорологических явлений. К сожалению, из-за отсутствия ежечасных данных они построены по 4-срочным наблюдениям. Пики нагонов и сгонов, таким образом, относятся к стандартным срокам наблюдений дискретностью 6 час в сутки и, естественно, не позволяют точно учесть как продолжительность явления, так и значение уровня между сроками наблюдений. Как показала обработка кратковременных ежечасных наблюдений за 1938, 1939 и 1979 гг. длясгонах для поста Новый Порт по данным срочных наблюдений 1977-1991 гг

Fig. 3. Relationship of the duration and speed of the rise (а) and the decline (б) of the level during surges, the decline (в) and the rise (г) during the sweeps for the New Port station according to 6-hourly intervals observations of 1977-1991

Нового Порта, наибольшая разность между экстремальными ежечасными и 4-срочными наблюденными уровнями составила по абсолютной величине 41 см [20].

Рис. 3. Связь продолжительности и скорости подъема (а) и спада (б) уровня при нагонах, спада (в) и подъема (г)

В данном случае, если сгонно-нагонный остаточный уровень фиксировался только в один срок (а таких ситуаций было довольно много -- 42,6 % для всех нагонов выше уровня 5-процентной обеспеченности и 31,7 % от числа всех нагонов ниже уровня 95-процентной обеспеченности), мы вынуждены были продолжительность явления ограничивать условными рамками, а именно 6 часами.

Как видно из рис. 3, продолжительность явления находится в обратной зависимости от скорости изменения, что в данном случае свойственно как для нагонов, так и сгонов. Так, наибольшей скорости роста остаточного уровня при нагоне, равной 5,1 см/ч, соответствует продолжительность нагона над уровнем 5-процентной обеспеченности 0,25 сут Наибольшей же продолжительности роста нагонного уровня (9,25 сут) соответствует скорость 0,14 см/ч.

На спаде нагона наибольшая скорость снижения остаточного уровня (4,5 см/ч) отмечена при продолжительности этой фазы 0,15 сут Наибольшей продолжительности снижения нагонного уровня (7,25 сут) соответствует скорость 0,6 см/ч.

Спад уровня при сгоне происходил с наибольшей скоростью 11,6 см/ч, подъем от минимального остаточного уровня до уровня 95-процентной обеспеченности -- со скоростью 6,97 см/ч. Соответствующие этим скоростям продолжительность спада и подъема сгонного уровня составила 0,15 см/ч. Наибольшая продолжительность подъема остаточного сгонного уровня составила 5,25 сут при интенсивности 0,44 см/ч.

Таблица 5. Наибольшие за год разности (см) и скорости изменения (см/ч) остаточного уровня между смежными 4-срочными наблюдениями в Новом Порту

Следует иметь в виду, что приведенные авторами скорости спада или подъема уровня между сроками пересечения им заданных критериев (5и 95-процентной обеспеченности) и достижения экстремального значения являются осредненной величиной. Понятно, что между этими сроками в пределах каждой фазы явления могут присутствовать разнонаправленные локальные колебания различной интенсивности, превышающей осредненные величины. Более того, как будет показано далее, наибольшие в течение года значения изменчивости уровня между смежными сроками не обязательно могут быть приурочены к сильным сгонам-нагонам. Для оценки величины этих колебаний перейдем от сгонов-нагонов относительно уровней 5и 95-процентной обеспеченности к ежегодным рядам всех 4-срочных остаточных уровней и проанализируем их разности между смежными срочными наблюдениями (табл. 5). Эти разности также будут отражать лишь средние значения, но за одинаковый для всех колебаний 6-часовой период. Отсутствие ежечасных наблюдений не позволяет получить более точные оценки.

Как видно из табл. 5, значения характеристик роста и снижения остаточного уровня в пределах года близки между собой. В 10 случаях наибольшая интенсивность роста остаточного уровня от срока к сроку несколько превышала интенсивность снижения, в 5 случаях отмечалась обратная картина. Все представленные случаи отмечались в период с августа по октябрь. Из них при наличии припая как.максимальный рост, так и снижение отмечались в 1979 и 1986 гг. К переходному периоду осени (от состояния чистой воды к ледоставу) относятся рост уровня в 1981 г. и снижение уровня в 1978 г.

Лишь в пяти случаях (1978-1981 гг., 1989 г.) максимальные значения роста остаточного уровня за 6 часов принадлежат периоду, когда уровень превышал 5-процентную обеспеченность (см. табл. 3). В шести случаях (1978, 1980, 1984-1986, 1988 гг.) наиболее быстрое снижение остаточного уровня между смежными сроками приходится на период, когда уровень был ниже 95-процентной обеспеченности (см. табл. 4). Остальные случаи с максимальной скоростью роста либо снижения уровня, будучи генетически связанными с экстремальными годовыми сгонами-нагонами, относятся к периодам, когда остаточный уровень был не выше 5и не ниже 95-процентной обеспеченности.

При этом 7 случаев с максимальной скоростью роста приурочены к подъему уровня при нагоне, 5 случаев -- к подъему уровня после сгона. Наибольшая скорость снижения остаточного уровня в 6 случаях относится к фазе спада уровня при сгоне, в 7 -- к фазе спада нагона. Остальные случаи высшей за год скорости изменения уровня между смежными сроками относятся к немногим периодам, когда сгоны-нагоны не формировали экстремальные годовые значения остаточного уровня.

Таким образом, анализ разностей остаточного уровня между смежными 4-срочными наблюдениями показал, что экстремальные ее значения не всегда приурочены к максимальным за год сгонам или нагонам.

Расчет повторяемости разностей остаточного уровня между смежными сроками показал, что подавляющее большинство значений этих разностей (81,4 % от всех случаев) лежат в интервале от -5 до 5 см, а 98,3 % -- в интервале от -15 до 20 см.

В табл. 6 представлены итоговые основные статистические характеристики остаточного уровня в Новом Порту за многолетний период по сезонам. Наибольшая дисперсия выборки остаточного уровня в период 1977-1991 гг., а также значение наивысшего максимального уровня (634,0 см) приходятся на переходный период осени. Минимальный за год остаточный уровень (343,1 см) отмечен в период ледостава. Самый большой внутрисезонный размах колебаний (271,4 см) приурочен к периоду без льда. Многолетний размах составляет 290,9 см как разность минимального при ледоставе и максимального в переходный период осени.

Таблица 6. Статистические характеристики остаточных уровней на посту Новый Порт по срочным наблюдениям за 1977-1991 гг.

уровень нагонный волна полярный

Важной характеристикой непериодических колебаний уровня является скорость распространения нагонной волны по длине губы. В данном случае о распространении нагонной волны по длине Обской губы от м. Дровяной до Нового Порта можно судить лишь по расчетам В.Г. Корта [7], выполненным на основе ежечасных наблюдений одновременно в четырех пунктах губы (м. Дровяной, м. Тамбей, Новый Порт, м. Ям-Сале) в 1938 г Зафиксированный этими наблюдениями один из нагонов относится к явлениям редкой повторяемости. По расчетам В.Г. Корта вершина волны, проходящая траверз м. Дровяной в 3 ч 23 августа 1938 г. проходит мимо бухты Новый Порт через 20 ч после м. Дровяной. Вершина волны, проходящая траверз м. Дровяной в 19 ч 30 августа, проходит мимо бухты Новый Порт через 23 ч после м. Дровяной. Подошва волны, проходящая мимо м. Дровяного в 22 ч 5 сентября, проходит мимо б. Новый Порт через 21 ч после м. Дровяной. Высокий подъем уровня в б. Новый Порт (159 см над средним значением за сентябрь 1938 г.) обусловлен сильным северным ветром (до 19 м/с), дувшим с 1 по 5 сентября. В момент наивысшего подъема уровня в бухте Новый Порт в северной части губы (у м. Дровяной и Тамбея) уже наблюдался спад уровня. Для сравнения отметим, что согласно оценкам приливов в Новом Порту [13] в августе волна прилива проходит Обскую губу от морского участка (м. Дровяной) до Нового Порта за 18 ч, а в апреле к Новому Порту волна приходит позже на 4,6 ч.

К сожалению, до сего времени данные В.Г. Корта о скорости распространения нагонной волны остаются единственными в своем роде, т. к. ежечасные наблюдения одновременно по длине Обской губы в последующем не проводились.

Заключение

Полученные в данной работе результаты по Новому Порту основаны на использовании максимальных возможностей имеющейся методики оценки приливов с выделением непериодической составляющей, положенной в основу анализа сгонов-нагонов. На новой методической основе, ранее не применявшейся для данного поста, детально исследованы особенности режима сгонно-нагонных колебаний уровня воды в районе этой полярной станции. Все последующие выводы данной работы будут опираться на период 1977-1991 гг. в Новом Порту. При этом далее нагоны рассматривались относительно остаточных уровней 5-процентной обеспеченности, а сгоны -- 95-процентной обеспеченности.

Выявлено, что уровень 5-процентной обеспеченности равен 524 см, а уровень 95-процентной обеспеченности составил 446 см (оба от нуля поста). Заметим, для периода с ледовыми явлениями уровень 5-процентной обеспеченности ниже, чем для безледного периода. Для уровня 95-процентной обеспеченности характерна обратная картина.

Распределение по годам числа нагонов и сгонов показало, что в среднем за год отмечается 12,4 нагона и 11,2 сгона. Максимальное число нагонов и сгонов наблюдалось в 1981 г. и составило всего 21 нагон и 27 сгонов.

Во временном ходе колебаний остаточных уровней за указанный выше период максимум с значением 634 см отмечен в 1987 г. и прих...