الگوی امواج ناشی از باد در دریای خزر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگاه ملی اقیانوس شناسی و علوم جوی

2 دانشگاه تربیت مدرس نور

چکیده

شناخت مشخصه‌های امواج منطقه از نیازمندی‌های اولیه در هر فعالیت دریایی و مطالعات زیست محیطی است. در این تحقیق با استفاده از مدل‌سازی عددی با شبکه محاسباتی نامنظم مثلثی به شبیه‌سازی امواج ناشی از باد در حوضه دریای خزر پرداخته شده است. سپس میدان موج دریای خزر در بازه زمانی سال 2000 تا 2020 مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از مدل عددی SWAN با شبکه محاسباتی نامنظم و میدان باد مجموعه داده‌های بازتحلیل Era-Interim با دقت شبکه 125/0 درجه استفاده شده است. نتایج مدل با داده‌های اندازه‌گیری بویه‌های موج‌نگار بندر نوشهر، امیرآباد و انزلی صحت‌سنجی شد. برای بالا بردن دقت پیش‌بینی، مدل با ضرایب مختلف رشد موج و ضریب استهلاک انرژی با سفیدک موج مورد ارزیابی قرار گرفت و بهترین ضریب آنها برای امواج ناشی از باد در دریای خزر انتخاب گردید. سپس برای یک دوره 20 ساله علاوه بر استخراج میانگین ماهیانه میدان باد و موج شاخص، میدان امواج ناشی از باد با استفاده از روش تحلیل مولفه‌های اصلی در حوضه مطالعاتی استخراج شد. نتایج تحقیق نشان می‌دهد مولفه اول تحلیل حدود 70% ، مولفه دوم حدود 20% و مولفه سوم حدود 5% از الگوی کلی آنومالی امواج ناشی از باد را در دریای خزر می‌تواند تفسیر نماند و می‌توان تاثیر امواج محلی را در الگوی کلی امواج ناشی از باد منطقه به شکل جداگانه بررسی کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Wind-driven Waves Pattern in the Caspian Sea

نویسندگان [English]

  • Hossein Farjami 1
  • Akbar Rashidi Ebrahim Hesari 2
1 Iranian National Institute for Oceanography and Atmospheric Science
2 Tarbiat Modares University
چکیده [English]

An accurate knowledge and understanding of wind-driven wave characteristics is one of basic requirements in marine activities and environmental studies. The present research deals modeling wind-driven wave with irregular triangular computational mesh grid in the Caspian Sea. Then, the wind-driven wave field of the Caspian Sea has been analyzed in the 2000 - 2020 period. For this purpose, the SWAN numerical model with irregular computational mesh grid was used to simulate wind-driven wave characteristics using Era-Interim reanalysis data with accuracy of 0.125 degree. The results of the modeling were validated with the measurements data in Nowshahr, Amirabad and Anzali buoys position. To increase the forecast accuracy, the model with different AGROWTH and the Whitecapping coefficients was evaluated in the Caspian Sea. Then the monthly average sea surface wind and the significant wave height field extracted for a period of 20 years. Also, dominant wind-driven wave patterns were extracted using the Empirical Orthogonal Functions (EOF) analysis method in the study area. The results show that three first main components of the EOF analysis are respectively about 70%, 20% and 5% of the total anomaly pattern of the wind-driven waves in the Caspian Sea. Therefore we can interpret separately the effect of the local waves on the general wind-driven wave pattern of the Caspian Sea.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wind-Driven Waves
  • Caspian Sea
  • Numerical Modeling
  • Empirical Orthogonal Function
[1] Holthuijsen LH. Waves in oceanic and coastal waters. Cambridge university press; 2010 Feb 4.
[2] Janssen PA. Progress in ocean wave forecasting. Journal of Computational Physics. 2008 Mar 20;227(7):3572-94.
[3] Özger M. Neuro-fuzzy approach for the spatial estimation of ocean wave characteristics. Advances in Engineering Software. 2009 Sep 1;40(9):759-65.
[4]  Björkqvist JV, Vähä-Piikkiö O, Alari V, Kuznetsova A, Tuomi L. WAM, SWAN and WAVEWATCH III in the Finnish archipelago–the effect of spectral performance on bulk wave parameters. Journal of Operational Oceanography. 2020 Jan 2;13(1):55-70.
 [5] Jena BK, Rajkumar J, Avula AK, Joseph KJ, Murthy MR. Simulated wave climate and variability over the North Indian Ocean. Current Science. 2020 Jun 10;118(11):1746.
[6] Patin SA. Environmental impact of the offshore oil and gas industry. East Nortport, NY: EcoMonitor Pub.; 1999. Vol. 425
[7]  Daskalov GM, Mamedov EV. Integrated fisheries assessment and possible causes for the collapse of anchovy kilka in the Caspian Sea. ICES Journal of Marine Science. 2007 Apr 1;64(3):503-11.
[8] Barannik V, Borysova O, Stolberg F. The Caspian Sea region: environmental change. AMBIO: A Journal of the Human Environment. 2004 Feb;33(1):45-51.
[9] Akiner S. The Caspian: politics, energy and security. Routledge; 2004 Jul 5.
[10] Onn I. Three centuries at the Caspian (The Synchronism of Major Historical Events of XVIII–20 cc.). Moscow; 2000: p. 1-72.
[11] Zimnitskaya H, Von Geldern J. Is the Caspian Sea a sea; and why does it matter?. Journal of Eurasian studies. 2011 Jan;2(1):1-4.
[12] Chang CP, Harr PA, Chen HJ. Synoptic disturbances over the equatorial South China Sea and western Maritime Continent during boreal winter. Monthly Weather Review. 2005 Mar 1;133(3):489-503.
[13] Ibrayev RA, Özsoy E, Schrum C, Sur HI. Seasonal variability of the Caspian Sea three-dimensional circulation, sea level and air-sea interaction. Ocean Science. 2010 Mar 3;6(1):311-29.
[14] Ghader S, Montazeri-Namin M, Chegini F, Bohluly A. Hindcast of surface wind field over the Caspian Sea using WRF model. In: Proceedings of the 11th International Conference on Coasts, Ports and Marine Structures; 2014 Nov 24-26;  Tehran, Iran.
[15] Mahmoodi R, Ardalan AA, Hasanlou M. Wind wave numerical modeling in the Caspian sea. International Archives of the Photogrammetry. Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2017 Sep 26;42(4/W4).
[16] Marchigiani R, Gordy S, Cipolla J, Adams RC, Evans DC, Stehly C, et al. Wind disasters: A comprehensive review of current management strategies. International journal of critical illness and injury science. 2013 Apr;3(2):130.
[17] کمیجانی فرشته، صدری نسب مسعود، چگینی وحید، سیادت موسوی سید مصطفی. شبیه سازی امواج در جنوب دریای خزر با به کارگیری میدان باد  ECMWF (ERA-Interim)  و مقایسه با نتایج ISWM II. نشریه علمی پژوهشی اقیانوس شناسی. 1394؛ 6 (23): 77-85.
[18] دردی زاده بصیرآباد احمد، چگینی وحید، مهدی‌زاده محمدمهدی، کامران‌زاد بهاره. بررسی انرژی امواج در بندر امیرآباد دریای خزر با استفاده از نتایج مدل SWAN. مجله علوم و فنون دریایی. 1392؛ 13(2): 71-80.
[19] Rajabi S, Chegini V, Lari K, Kamranzad B, Hosseini ST. Numerical Modeling of Wind Wave in the Anzali Using SWAN Model. Journal of Oceanography. 2013;4(15):83-92.
[20] Schmidt OT, Mengaldo G, Balsamo G, Wedi NP. Spectral empirical orthogonal function analysis of weather and climate data. Monthly Weather Review. 2019 Aug;147(8):2979-95.
[21] Farjami H, Hesari AR. Assessment of sea surface wind field pattern over the Caspian Sea using EOF analysis. Regional Studies in Marine Science. 2020 Mar 1;35:101254.
[22] Hannachi A, Jolliffe IT, Stephenson DB. Empirical orthogonal functions and related techniques in atmospheric science: A review. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society. 2007 Jul;27(9):1119-52.
[23] Sundar V. Ocean wave mechanics: Applications in marine structures. John Wiley & Sons; 2017 Feb 13.
[24] فرجامی حسین، حسینی سیدطالب، چگینی وحید، محمدی سیده سعیده. شبیه‌سازی امواج ناشی از باد در خلیج بوشهر با مدل عددی سوان. نشریه علمی-پژوهشی اقیانوس‌شناسی. ۱۳۹۰؛ ۲ (۸) :۷۹-۸۷.
[25] مظاهری سعید، حاجی ولیئی فاطمه، کامران زاد بهاره. تهیه اطلس امواج خلیج فارس، دریای عمان و دریای خزر. گزارش طرح پژوهشی، پژوهشگاه ملی اقیانوس شناسی و علوم جوی. 1392. 74 صفحه.