Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва



Скачать 65.55 Kb.
Дата29.10.2012
Размер65.55 Kb.
ТипСправочник
Л.И. Лопатухин1.2, А.В. Бухановский2, Е.С. Чернышёва2
СПРАВОЧНИКИ ПО РЕЖИМУ ВЕТРА И ВОЛНЕНИЯ НА МОРЯХ — ПОСОБИЯ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОТРЕБНОСТЕЙ МОРЕПЛАВАНИЯ И  ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ ОКЕАНОТЕХНИКИ
1 - Санкт-петербургский государственный университет. Кафедра океанологии.

2 - Санкт-петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики.
Ветровое волнение одно из немногих явлений на поверхности океана видное невооруженным глазом. С развитием мореплавания и судоходства накапливались сведения о волнении и, в частности, о его особенностях на той или иной акватории. Постепенно сформировалось понятие режима волнения, которое затем трансформировалось в термин волновой климат. Смысл различных определений режима волнения (волнового климата) заключается в указании вероятности того или иного параметра волнения на заданной акватории. В течение длительного времени (до 70-ых гг. XX века) основным источником информации о режиме волнения, особенно для открытых и удаленных от суши акваторий, являлись визуальные наблюдения, выполняемые штурманским составом различных судов. Некоторые справочники по режиму волнения, основанные на визуальных наблюдениях, до сих пор используются при решении прикладных задач, например, для проектирования судов, их классификации по районам плавания, планирования работы морского и промыслового флотов и т.д.

Интенсивное развитие мореплавания и освоение ресурсов Мирового океана повысили требования к составу режимной информации о волнении. Более того возникла необходимость в информации о волнении в районах практически лишённых наблюдений, причем необходимы сведения для ограниченной по пространству акватории, в частности для конкретного месторождения нефти и газа. Всё это потребовало принципиально иных подходов к расчёту режима волнения. Международным научным сообществом, включая российских исследователей, была разработана концепция обеспечения гидрометеорологической информацией, необходимой для освоения ресурсов океанов и морей. Реализация этой концепции стала возможной благодаря следующим обстоятельствам, коренным образом изменившим подход к расчёту режима динамики моря (включая волнение, течения, уровень моря):

  • появлению численных моделей, позволяющие рассчитывать основные параметры волнения, течений и уровня моря.

  • созданию массивов входных данных для реализации в численных моделях (в результате выполнения международных проектов по реанализу метеорологических данных).

  • прогрессу в развитии вычислительной техники, позволившему создавать расчётные поля с заданной дискретности за десятки лет.

Практическая реализация данной концепции предусматривает последовательное решение четырех задач, объединенных в вычислительную цепочку. Каждая задача дополнительно распадается на систему взаимосвязанных модулей.


Подготовка массива метеорологической информации (исходных данных). В качестве входных данных для расчета океанографических характеристик (ветрового волнения, течений и уровня моря) могут быть использованы поля атмосферного давления и скорости приводного ветра на основе данных реанализа. Однако для акваторий со сложной орографией данные реанализа существенно занижают экстремальные характеристики (в основном, скорости ветра) в сильных штормах. Это приводит к необходимости уточнения метеорологических полей над морем, используя данные измерений из различных независимых источников (судовые наблюдения, ГМС, спутниковые данные), применяя для этого технологии ансамблевого усвоения данных. Реализация задачи ансамблевого усвоения является достаточно ресурсоемкой процедурой. В частности, для акватории сравнительного небольшого Каспийского моря в качестве исходных данных рассматривается массив реанализа длительностью 60 лет (1948-2007), каждые 6 часов, на 3-мильной пространственной сетке, 126´216 точек. В нем усваивается более 280 тыс. судовых измерений и срочные ряды наблюдений на 20 береговых и островных ГМС

Формирование массива полей океанографических характеристик, используя гидродинамические модели. Используя массив метеорологической информации как входные данные, выполняется совместное гидродинамическое моделирование волнения, течений и уровня моря, что обусловлено необходимостью учета фактической глубины акватории по разгону волн. В том случае, когда штормовые колебания уровня моря обычно сопровождаются развитым ветровым волнением, этот эффект может привести к появлению существенно больших волн, чем предельно возможные при среднем многолетнем положении уровня моря.

Расчет статистик, идентификация системы стохастических моделей и оценивание экстремальных характеристик. Статистическая обработка информационной базы гидрометеорологических характеристик выполняется средствами многомерного статистического анализа (МСА) пространственно-временных полей. Вычислительные аспекты и программно-аппаратная реализация

Решение указанных задач связано с ресурсоемкими вычислительными операциями за счет большого количества генерируемых данных и количества элементарных операций над ними. В таблице приведены оценки основных операций по объемам генерируемых данных и относительному времени вычислений.



Операция

Объем генерируемых данных

Относительное время выполнения

2.1

Усвоение метеорологической информации

1×1010

6%

2.2

Расчет полей характеристик морского волнения

5×1013

28%

Расчет полей морских течений и уровня

40%

2.3

Параметризация частотно-направленных спектров

3×1012

13%

Стохастическое моделирование экстремумов

3×1015

10%

2.4

Расчет функций риска

5×107

3%

Эффективность технологии обусловлена особенностями ее параллельной программной реализации, ориентированной на суперкомпьютеры терафлопной производительности. В результате реализации концепции расчета волнового климата для акваторий с отсутствием данных измерений созданы справочники нового поколения.

В течение 2003-2010 гг. издано 4 тома справочных данные по режиму ветра и волнения на морях. Эти справочники представляют собой пособия нового поколения, учитывающие последние достижения в исследовании ветрового волнения, численного моделирования и компьютерных технологий. Набор статистик, представленных в этих справочниках, позволяет удовлетворить разнообразные требования, возникающие при расчетах мореходных качеств судов и проектировании сооружений на шельфе, а также рассчитать ряд принципиально новых статистик, ранее не представленные в пособиях по режиму волнения. В частности: климатические спектры волн и статистические характеристик штормов.

Климатические спектры волн.

Фактически это режимная характеристика спектральной структуры волнения, т.е. оценка спектра заданной формы с указанием вероятности его появления на заданной акватории (в целом за год, некоторый сезон и т.п.). Набор спектров (как первичный результата гидродинамического моделирования) при соответствующей обработке служит базой данных для статистических обобщений в терминах частотных , и частотно-направленных спектров волн.

При составлении справочников выполнена классификация частотно-направленных спектров волнения S(w,q) или S(f,q) и дана их аппроксимация. Автоматическая классификация этих спектров требует разработки специальных процедур, т.к. для каждой расчетной точки массив данных состоит примерно из 100тыс спектров. Методика автоматической классификации спектров и некоторые результаты приводятся справочниках. Важно, что практически для любой акватории можно выделить 5 основных классов спектров. Однопиковые спектры: преобладает одна система волн, ветровые волны (класс I), или зыбь (класс II). Двухпиковые спектры (классы III, IV): присутствуют одновременно две волновые системы. Многопиковые спектры (класс V): Сложные волновые поля с двумя или более системами зыби.

Статистические характеристики штормов

Наличие информации о волнении на всей акватории бассейна позволяют проследить движение и трансформацию шторма во времени и по пространству. Таким образом, осуществляется Лагранжев подход к исследованию волнения. Шторм можно представить как случайный пространственно-временной импульс, перемещающийся по акватории. Импульс характеризуется некоторым набором величин: наибольшей высотой волны в шторме, его площадью и эквивалентным радиусом, длиной траектории, временем жизни и средней скоростью движения.

В перспективе планируется создание электронно-справочной системы по ветру и волнению океанов и морей. Разработка и внедрение в проектную деятельность программно-аппаратной среды обеспечит потребителей детальной информацией о гидрометеорологических условиях на континентальном шельфе, исходя из специфики задач проектирования и эксплуатации морских сооружений и плавучих объектов. В отличие от большинства реализуемых электронных справочников подобный справочник не «застывшая» информация, а интерактивное пособие, позволяющая выбирать любую конфигурацию района, времени года, набор статистик и т.п.

Похожие:

Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconОтчет открытое акционерное общество «Московское машиностроительное предприятие имени В. В. Чернышева»

Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconСаморегуляция состояния с помощью биологической обратной связи у людей с разными типами темперамента
Рогожина Н. В., Рамендик Д. М., Чернышев Б. В., Чернышева Е. Г., Наумова А. А., Марушкина А. В
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconПрезентация домашних питомцев «Наши милые животные» 30 октября вторник 13-30 Кононенко Л. В
Экскурсия в центральный научно-исследовательский геологоразведочный музей им. Ф. Н. Чернышева
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconМарки СССР – 1958 год. 1958. Январь. Деятели международного рабочего движения
Рисунок П. Чернышева. Печать: фототипия. Греб. 12½ : 12. Марка многоцветная. Начало серии
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconСтатьи в российских изданиях
Абдуллин И. Ф. Гальваностатическое кулонометрическое определение салициловой кислоты и некоторых ее производных с помощью электрогенерированных...
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconТезисы докладов в изданиях кгу
Абдуллин И. Ф. Кулонометрическое определение аймалина. / И. Ф. Абдуллин, Н. Н. Чернышева, Т. И. Абдуллин // Поволжск конф по анал...
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconКнига С. Чернышёва «Как заработать вместе с Россией»
Счастливый остров, где мы сейчас находимся, известен лишь немногим, хотя самим его жителям известна большая часть света; это видно...
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconПрактикум по овощеводству: Учебное пособие / Н. Н. Чернышева, Н. А. Колпаков. М.: Форум, 2014. 288 с.: 60x90 1/16.
Допущено Учебно-методическим объединением вузов РФ по агрономическому образованию в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся...
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconН. В. Нуждин, В. В. Пекунов, С. Г. Сидоров, Л. П. Чернышева, Ф. Н. Ясинский (г. Иваново) Опыт распараллеливания вычислений для моделей процессов в сплошных средах
Рассматриваются пути оптимизации вычислений на многопроцессорном компьютере для течений, осложненных физико-химической кинетикой
Л. И. Лопатухи 2, А. В. Бухановский2, Е. С. Чернышёва iconЧернышёва Н. А. Дело "Трента"
Помимо этого соотношения, которое было явно не в пользу Юга, Север имел развитую промышленность, в противовес Югу, неизмеримо более...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org