Настройка ветра
Настройка ветра , также известная как эффект ветра или эффект шторма , относится к повышению уровня воды в морях или озерах, вызванному ветрами, толкающими воду в определенном направлении. Когда ветер движется по поверхности воды, он оказывает на воду напряжение сдвига , вызывая образование ветрового течения. Когда это течение достигает береговой линии, уровень воды вдоль берега увеличивается, создавая гидростатическую противодействующую силу, находящуюся в равновесии с силой сдвига. [1] [2]
Во время шторма ветер является составной частью общего штормового нагона . Например, в Нидерландах ветер во время штормового нагона может поднять уровень воды примерно на 3 метра выше обычного прилива. В случае циклонов высота ветровой установки может достигать 5 метров. Это может привести к значительному повышению уровня воды, особенно когда вода попадает в неглубокую воронкообразную зону. [3]
Наблюдение
[ редактировать ]В озерах колебания уровня воды обычно объясняются ветром. Этот эффект особенно заметен в озерах с хорошо зарегулированным уровнем воды, где отчетливо наблюдается ветровая установка. Сравнивая это с ветром над озером, подъема можно точно определить взаимосвязь между скоростью ветра, глубиной воды и длиной . Это особенно возможно в озерах, где глубина воды остается достаточно постоянной, таких как Эйсселмер . [4]
На море характер ветра обычно невозможно наблюдать напрямую, поскольку наблюдаемый уровень воды представляет собой комбинацию как прилива, так и режима ветра. Чтобы изолировать установку ветра, (расчетный) астрономический прилив необходимо вычесть из наблюдаемого уровня воды. Например, во время наводнения в Северном море 1953 года на приливной станции Влиссинген (см. изображение) самый высокий уровень воды вдоль голландского побережья был зафиксирован на отметке 2,79 метра, но это не было местом установки самого высокого ветра, который наблюдался на Схевенинген размером 3,52 метра.
Примечательно, что самый высокий ветер, когда-либо зарегистрированный в Нидерландах (3,63 метра), был в Динтелсасе, Стинберген, в 1953 году, месте примерно в 40 км от моря вдоль устья Харингвлита .
Расчет ветровой установки
[ редактировать ]Основываясь на равновесии между напряжением сдвига, вызванным ветром на воде, и гидростатическим противодавлением, используется следующее уравнение: [5]
в котором:
- h = глубина воды
- х = расстояние
- u = скорость ветра
- , Иппен [5] предлагает = 3.3*10 −6
- = угол ветра относительно берега
- g = ускорение силы тяжести
- c w имеет значение между 0,8*10 −3 и 3,0*10 −3
Применение на открытых побережьях
[ редактировать ]Для открытого побережья уравнение принимает вид:
в котором
- Δ h = ветровая установка
- F = длина выборки , это расстояние, на котором ветер дует над водой.
Однако эта формула не всегда применима, особенно когда речь идет об открытом побережье или переменной глубине воды. В таких случаях необходим более сложный подход, предполагающий решение дифференциального уравнения с использованием одно- или двумерной сетки. Этот метод в сочетании с реальными данными используется в таких странах, как Нидерланды, для прогнозирования ветра вдоль побережья во время потенциальных штормов.
Применение на (мелких) озерах
[ редактировать ]Для расчета ветровой установки в озере используется следующее решение дифференциального уравнения:
В 1966 году заводской комитет «Дельта» рекомендовал использовать значение 3,8*10. −6 для в голландских условиях. Однако анализ данных измерений Эйсселмера в период с 2002 по 2013 год привел к более надежному значению , конкретно = 2.2*10 −6 . [4]
Это исследование также показало, что формула недооценивает параметры ветра при более высоких скоростях ветра. В результате было предложено увеличить показатель скорости ветра с 2 до 3 и дополнительно скорректировать к =1.7*10 −7 . Эта модифицированная формула может предсказать характер ветра на Эйсселмере с точностью примерно 15 сантиметров.
Примечание
[ редактировать ]Не следует путать настройку ветра с накатом волны , которая относится к высоте, которой волна достигает на склоне, или с установкой волны , которая представляет собой повышение уровня воды, вызванное прибойными волнами.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Смит, С.Д. (1988). «Коэффициенты ветрового напряжения на поверхности моря, теплового потока и профилей ветра в зависимости от скорости и температуры ветра» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 93 (С12): 15467–15472. Бибкод : 1988JGR....9315467S . дои : 10.1029/JC093iC12p15467 . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Гарвин, RW (1985). «Простая модель субприливных колебаний эстуария, вызванных местным и удаленным ветровым напряжением» . Журнал геофизических исследований: Океаны . 90 (С6): 11945–11948. Бибкод : 1985JGR....9011945G . дои : 10.1029/JC090iC06p11945 . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Вербум, ГК; ван Дейк, Р.П.; деРонд, JG (1 ноября 1987 г.). «Модель Европейского континентального шельфа для настройки ветра и расчета качества воды» . Z0096 (на голландском языке). Дельтарес (WL) . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Фейдж, CCL; Верхаген, HJ (2015). данных измерений Эйсселмера ] Точность формул для настройки ветра на основе (Диссертация) (на голландском языке). Делфтский ТУ, факультет гидротехники. doi : 10.4121/uuid:4b0483fe-b258-4c1a-900f-8adb030bb42f . Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Иппен, Артур Т. (1966). Гидродинамика эстуариев и береговой линии . Макгроу Хилл, Нью-Йорк. п. 245.