Исследование пространственной структуры резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

На правах рукописи

ЧЕРНОВ АНТОН ГРИГОРЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ В БАССЕЙНАХ СО СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ

01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2009

003487829

Работа выполнена на кафедре «Прикладная математика» Нижегородского

государственного технического университета им. P.E. Алексеева и в лаборатории «Волновой динамики и прибрежных течений» Института морской геологии и геофизики ДВО РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Куркин Андрей Александрович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, Троицкая Юлия Игоревна

кандидат физико-математических наук, доцент Козырев Олег Рамазанович

Ведущая организация:

Институт океанологии РАН

Защита состоится «29» декабря 2009 г. в ]5 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.10 при Нижегородском государственном техническом университете по адресу:

603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, корп. 1, ауд. 1258 *

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Автореферат диссертации размещен на сайте: http://www.nntu.ru/RUS/aspir-doktor/avtoreferat/

Автореферат разослан «27» ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н., доцент

Л.Ю. Катаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Гидродинамика сплошных сред является наибблее сложным разделом механики. Актуальность ее изучения связана с тем, что, как известно, все природные явления являются нестационарными. Часто используемые понятия статических и стационарных процессов являются не более чем приближением реальных явлений. Во многих же случаях учет динамических свойств среды просто необходим как качественно, так и количественно.

За последние десятилетия гидродинамика развивалась чрезвычайно интенсивно, но ее развитие в значительной степени шло по прикладным направлениям, а также в направлении усложнения доступных теоретическому расчету задач. К последним, относятся, в частности, разнообразные задачи о резонансных колебаниях и их развитии в жидкости. Уравнения, описывающие данные явления нелинейны и поэтому их прямое исследование, и решение возможны лишь в сравнительно редких случаях. Благодаря этому развитие современной гидродинамической теории для описания пространственной структуры резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией возможно лишь в непрерывной связи с численными и натурными экспериментами.

Исследованию резонансных колебаний в жидкости посвящено огромное число теоретических (аналитических и численных) и экспериментальных исследований. Интерес к их изучению обусловлен несколькими взаимно дополняющими факторами. Основным из которых является распространенность данной формы волновых движений в природных условиях и наблюдается широкий динамический диапазон изменчивости их параметров. В земных условиях наблюдаются резонансные колебания с масштабами в несколько сотен километров, и в атмосфере, и в океане. Естественно, что в первую очередь важно понимание интенсивных волн, содержащих значительную энергию, доведение которых в прибрежной зоне океана может быть достаточно сложным в силу нелинейных эффектов. Получены многочисленные данные наблюдений реальных цунами, например, Симуширское цунами 15 ноября 2006 г., Невельское цунами 2 августа 2007 г., Индонезийское цунами 3 января 2009 г., Симуширское цунами 15 января 2009 г., цунами от землетрясения в Самоа 29 сентября 2009 г. интенсивность и поведение которых в прибрежной зоне океана нельзя объяснить без привлечения теории резонансных колебаний в жидкости.

Имеется множество фактов, подтверждающих их обнаружение в волновом поле в прибрежной зоне океана. Они рассматриваются в качестве одного из факторов долговременной эволюции неравномерной прибрежной береговой линии. Лабораторные эксперименты и грубые оценки характерных масштабов находятся в хорошем соответствии с реальным наблюдением прибрежных особенностей морфологии. Коротко-масштабные резонансные колебания играют определяющую роль во многих процессах прибрежной волновой динамики, таких как кратковременные затопления прибрежной зоны, формирование и перестройки прибрежного и донного рельефа, изменчивость вдольбереговых тече-

ний и др. Крупномасштабные резонансные колебания являются важной компонентой движений воды, производимых циклонами, движущимися в прибрежной зоне океана.

В этой связи, актуальным остается развитие гидродинамической теории для описания пространственной структуры резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией.

Цели диссертационной работы

Основной целью диссертации является численное и экспериментальное изучение пространственной структуры резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией в рамках длинноволновых моделей гидродинамики идеальной несжимаемой жидкости. В частности, предполагается:

1. Разработать и реализовать методику изучения пространственной структуры резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией, основанную на экспериментальных и численных исследованиях

2. Изучить особенности пространственного распределения амплитуд нулевой и первой мод резонансных колебаний для различных форм бассейнов.

3. Доказать возможность существования резонансных колебаний в полуоткрытых акваториях вдоль градиента глубины.

Методы исследования

Методология исследования опирается на современные информационно-вычислительные технологии и основана на сочетании теоретических, численных и экспериментальных методов и подходов. При численном моделировании используются математические модели волновой гидродинамики; эффективные вычислительные конечно-разностные алгоритмы; алгоритмическая и низкоуровневая оптимизация разработанных программных алгоритмов, а также их распараллеливания; принципы и технологии создания проблемно-ориентированных программных комплексов нового поколения, характеризующиеся интегрированностью моделирующих, информационных и интерфейсных компонент. Для экспериментальных исследований используются разработанные с участием автора автономные и кабельные регистраторы волновых процессов АРВ - К10, АРВ - К11, АРВ - К11, СОМ-Тион.

. Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту

Научная новизна диссертационной работы определяется полученными оригинальными результатами:

1. Усовершенствована численная модель решения уравнений нелинейной теории мелкой воды в разномасштабных бассейнах со сложной геометрией. Эта модель реализована в программном комплексе ИАМ1-ОАМСЕ 4.8 предназначенном для расчета длинноволновых процессов в океане в сферических координатах с учетом силы Кориолиса.

2. Разработано программное обеспечение для автономных регистрирующих комплексов для долговременной непрерывной регистрации волновых процессов на шельфе. Применение данных автономных регистрирующих ком-

плексов в большом числе натурных экспериментов продемонстрировало эффективность и надежность предложенных решений.

3. Проведен крупномасштабный долговременный эксперимент по регистрации длинноволновых процессов на шельфе морей Дальнего Востока России. Впервые получено свыше 100 ООО часов непрерывных записей волновых процессов с секундной дискретностью. На основе полученных в ходе эксперимента натурных данных и численного моделирования изучена пространственная структура резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией.

4. Экспериментально и численно показано, что 8-10 минутные колебания, соответствующие нулевой моде (мода Гельмгольца) возбуждаются под воздействием цунами. Пространственная структура этой моды является сильно неоднородной, в частности возможно десятикратное увеличение амплитуды волны в удаленной от входа области бассейна.

5. Экспериментально и численно подтверждено существование резонансных колебаний в полуоткрытых акваториях, в случаях, когда градиент глубин на открытой границе ограничивает излучение волновой энергии.

6. Экспериментально и численно изучены резонансные эффекты при распространении волн вдоль градиента глубин. В частности доказано существование захваченных волн с периодами около 90 мин и амплитудой 15-20 см. распространяющихся между мысами Свободный и Терпения (расстояние 220 км) вдоль Охотоморской впадины.

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов обоснована корректностью постановок задач, строгим использованием качественных и численных методов, сравнением результатов численного моделирования с результатами, полученными в ходе экспериментальных исследований, обсуждением на научных семинарах и конференциях.

Практическая значимость результатов работы

Полученные результаты, показывающие возможность образования резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией, могут быть использованы для прогнозирования появления аномальных захваченных волн в океане, которые могут интенсифицировать процессы перераспределения донных наносов и изменения береговой линии, а также приводить к аномальным и кратковременным наводнениям локального характера, наблюдаемым в прибрежной зоне. Ряд исследованных здесь эффектов должен проявляться в механике сжимаемого газа в приложении к динамике атмосферы в силу общности математических моделей механики жидкости и газа.

Результаты настоящей работы были использованы при создании карты цунамирайонирования (НИР «Создание карты цунамиопасности Сахалинского побережья Татарского пролива в масштабе 1:200 000»).

Результаты настоящей работы могут быть использованы при разработке рекомендаций диспетчерам портовых служб, гидрометеорологическим и ава-

5

рийно-спасательным службами для уменьшения урона от опасных морских явлений в портах Невельск, Холмск, Корсаков, Поронайск, Владивосток и на побережье. Полученные результаты позволят повысить достоверность расчетов при строительстве и модернизации портов и других объектов на побережье и шельфе. Записи цунами могут быть полезны при решении проблемы конструирования и настройки приборов для службы раннего оповещения цунами. Экспериментальные данные и результаты численного моделирования пространственной структуры резонансных колебаний позволят оценить их вклад в биологические и экологические процессы.

Полученные результаты используются в российских и международных исследовательских проектах, выполняемых с участием автора диссертации.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

Генеральной Ассамблеи Европейского геофизического союза (Вена, Австрия, 2007, 2008); Международной конференции «Литодинамика контактной зоны океана» (Москва, 2009); Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых (Таганрог - Ростов-на-Дону 2007, Уфа 2008, Кемерово - Томск, 2009); Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (Н. Новгород, 2007, 2008); II - IV Сахалинских молодежных научных школах «Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз» (Южно-Сахалинск, 2007 - 2009); Международной научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам (Н. Новгород, 2007, 2008); Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Москва, 2006).

Результаты диссертации неоднократно докладывались на семинарах Института Морской Геологии и Геофизики ДВО РАН, Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева, Института океанологии РАН, научной школы член-корреспондента РАН Б.В. Левина, Технического университета среднего востока, Анкара, Турция.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ, куда входят: 6 статей в изданиях рекомендованных ВАК, 1 глава к книге, 5 статей в рецензируемых журналах, 1 - в трудах международной конференции, 22 - в тезисах международных и российских конференций.

Личный вклад автора

Работы с соавторами [Ч 1 - Ч 7, Ч 14, Ч 17, Ч 20] выполнены на паритетных началах, а в работах [Ч 8 - Ч 13, Ч 15, Ч 16, Ч 18, Ч 20 - Ч 27, Ч 30 - Ч 35] личный вклад Чернова А.Г. является основным. В большинстве работ автору принадлежит выполнение натурных и численных экспериментов, а также участие в обсуждении и интерпретации полученных результатов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, содержащего 135 наименований. Общий объем диссертации составляет 152 страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цели, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту, практическая значимость результатов работы, апробация, список публикаций по теме диссертации.

Первая глава является в основном вводной, в ней обсуждаются основные подходы, применяемые к изучению резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией. Рассмотрены основные уравнения, описывающие явление топографический захвата для различных геометрий шельфа - бесконечный откос, шельф-ступенька, экспоненциальный шельф. Описана, разработанная и апробированная в ходе экспериментальных исследований, методика изучения пространственной структуры резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией, базирующаяся на комбинации долговременных натурных наблюдений за волновыми процессами в нескольких точках акватории и численного моделирования длинноволновых процессов программным комплексом на основе уравнений нелинейной теории мелкой воды, реализуемых в конечных разностях, а так же технологии обработки результатов наблюдений и численного моделирования методами спектрального анализа. Дано краткое описание приборного парка, разработанного при участии автора, который был использован при получении экспериментальных данных, использованных в настоящей работе. Рассмотрены основные изменения, внесенные в программный комплекс ЫАМ1-БАМСЕ, используемый для численного моделирования. При расчетах длинноволновых процессов на небольших акваториях в нем используется классическая нелинейная теория мелкой воды

(М2\ д(МИЛ пдп gm1 ,, ГЗ 7л п

2

В

Э* дх\ й ) ду

ду 2Я7/3

(2)

(3)

д1дхду

где г) - смещение водной поверхности, I - время, хну- горизонтальные координаты, М и Ы- компоненты расхода воды вдоль осей х и у, £> = Л(х, у) + Т) -полная глубина и И(х, у) - невозмущенная глубина воды, g - гравитационная постоянная, т — коэффициент шероховатости дна (используется формула Ман-нинга для параметризации донного трения). В рамках такой модели диссипация волновой энергии в придонном турбулентном слое параметризуется квадратичным трением. Отметим, также, что приливы и ветровые нагоны в задачах цуна-

ми не учитываются, поскольку их временные масштабы отличаются от характерных периодов цунами.

На морских границах расчетных областей (например, в проливах) ставится условие свободного ухода, которое является точным в рамках линейной теории мелкой воды и простейшей геометрии

$ + (4)

at on

где производная от уровня вычисляется по нормали к внешней границе расчетной области.

На береговой границе задается либо условие полного отражения

F"0 (5)

дп

(обычно эта граница выбирается на глубине 10 - 20 м в последних морских точках), либо условие набегания волны на берег, так что система мелкой воды решается в области с подвижной гракицей

£) = A(x,jv)-»-r)>0. (6)

Усовершенствованная автором конечно-разностная реализация данной модели, входящая в состав исследовательского комплекса NAMI-DANCE [Кур-кин, 2005; Yalciner, Pelinovsky, et all, 2007; Ч 11; Ч 17; Ч 30], использовалась в настоящей работе. NAMI-DANCE, предназначенный изначально для моделирования цунами и являющийся модификацией известного японского кода TUNAMI, был доработан, в частности, для решения задач моделирования свободных колебаний в заливах и бухтах:

Изменена система сохранения данных, если для моделирования цунами в первую очередь важна общая картина распространения волн по всему исследуемому бассейну и в меньшей степени мареографные записи в конкретных точках, то в настоящей работе необходимо получение записей на равномерной сетке цифровых мареографов включенных в модель за достаточно длительное время.

Основные вычислительные процедуры распараллелены для многопроцессорных систем с общей памятью (SMP) для увеличения скорости расчетов [Ч 30]. В настоящее время использование распараллеленной версии дает двухкратное превосходство в скорости расчетов на процессорах типа Intel Соге2 уже широко распространенных на ноутбуках и рабочих станциях.

Используемая методика расчетов, является развитием идей изложенных в [Pelinovsky, Yalciner, 2007] для случая замкнутых акваторий. В качестве начальных условий при численных экспериментах задавалось положительное возвышение водной поверхности эллиптического типа:

ф,у^=0) = //л1--íl-y--(7)

V (*о "'i) (yo-d2)2 Временной шаг для расчета выбирался из условия Куранта для конечно-разностных схем:

где Ах и Ду - шаг расчетной сетки по осям х и у (в наших расчетах расстояния между узлами сетки по оси х и у одинаковые); А/ - шаг по времени; Лтцх - максимальная глубина бассейна.

Равномерная сетка «цифровых мареографов» - точек, в которых сохранялось возвышение свободной поверхности воды т), задается на каждом шаге по времени. Мареографы устанавливаются в точках удаленных от берега не менее чем на один узел расчетной сетки, что определяется особенностью вычисления граничных условий на границе «берег - море», на глубинах более двух метров. Расчет проводится на время достаточное для получения устойчивых статистических оценок спектральной плотности мощности (СПМ) волнового процесса. В качестве метода оценки СПМ использовался метод Уэлча [Марпл-мл., 1990]. Полученные оценки спектральной плотности мощности сравниваются с результатами спектрального анализа натурных данных в соответствующих точках, близких к месту установки донных регистраторов гидростатического давления, кабельных или автономных. По графику СПМ находятся частоты устойчивых колебаний (пики на графике) и для них вычисляется средняя спектральная амплитуда для соответствующего пика:

Полученные в ходе численных и натурных экспериментов данные используются далее для построения и изучения карт распределений спектральных амплитуд.

Во второй главе рассмотрены результаты применения методики исследования резонансных колебаний для бассейнов со сложной геометрией, на примере экспериментальных исследований, проведенных при -непосредственном участии автора, на различных акваториях Дальневосточных морей России. Рассматриваются особенности проявления близких и удаленных цунами на примере бассейна с узким входом (бухта торгового порта Холмск). Исследована особенность усиления нулевой моды собственных колебаний при совпадении резонансной частоты с частотой внешнего шельфа. Выполнен анализ натурных данных, полученных при проведении натурных экспериментов в акватории бухты для штормовых условий и при регистрации волн цунами от удаленного (Симуширского, 2006) и близкого (Невельского, 2007) источников. Показано, что при шторме происходит значительное усиление колебаний на периоде 2,8 мин, соответствующем первой моде сейшевых колебаний при слабом усилении на периоде 8 мин (нулевая мода сейши). Доказано, что значительное усиление волн цунами на периоде 8 мин обусловлено совпадением периодов нулевой моды сейши бухты и моды шельфового резонанса прилегающего района. Исследована пространственная структура сейшевых колебаний с периодом 2,8 и 8 минут (рис. 2,а,б).

(9)

а) б)

Рис. 2. Пространственные распределения средней амплитуды колебаний для резонансных периодов 2,8 (а) и 8 мин (б) в Холмской бухте

а) б)

Рис. 3. Пространственные распределения средней амплитуды колебаний для резонансных периодов 10,5 (а) и 2,7 мин (б) в бухте Алексеева

О.ПОПОВА

О.ПОПОВА

Для акваторий с широким входом, на примере бухты Алексеева на острове Попова, исследована пространственная структура нулевой (мода Гельмголь-ца) [Рабинович, 1993] и первой мод свободных колебаний в случае, когда свал глубин на свободной границе ограничивает излучение волновой энергии во внешнюю акваторию. Показано, что при этом узловая линия располагается поперек бухты, а сами волновые движения происходят между удаленной частью бухты и градиентом глубин на выходе (рис. 3,6). Экспериментально подтверждена возможность десятикратного усиления длинноволновых колебаний в диапазоне волн цунами внутри акватории по сравнению с внешним шельфом (рис. Ъ,а).

На основе анализа данных натурных экспериментов выявлены собственные колебания залива Терпения с периодом 39 и 90 минут, особенно хорошо проявляющиеся в районе мысов Терпения и Свободный. При сравнении синхронных записей натурных данных с регистраторов, установленных в районах Охотского, Остромысовки, Взморья, Поронайска, м. Терпения [Ч 8; Ч 10; Ч 12] выявлено убывание энергии этих колебаний в глубине залива и усиление в районе мысов Терпения и Свободный. Численное моделирование подтвердило вывод о том, что резкий градиент глубин играет роль волновода для захваченных волн с данными периодами.

В третьей главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований длинноволновых процессов, выполненных на Курильских островах на разнесенной сети автономных регистраторов гидростатического давления и температуры, которые были установлены в труднодоступных точках в районе мысов Кастрикум и Ван-дер-Линда (о. Уруп) и м. Ловцова (о. Кунашир), в бухтах Церковная и Малокурильская (о. Шикотан). Развертывание сети непрерывных долговременных наблюдений за волновыми процессами на Курильских островах было выполнено при непосредственном участии автора. Впервые были получены длительные - от пяти месяцев до года синхронные цифровые записи волновых процессов с секундной дискретностью.

В результате были получены записи трех цунами - Индонезийского 3 января 2009 года (только в бухте Малокурильская), Симуширского 15 января 2009 года (в бухте Малокурильская, в Курильске и на м. Ван-дер-Линда) и от землетрясения в Самоа 29 сентября 2009 года (м. Терпения, м. Ван-дер-Линда м. Ловцова, Южно-Курильск, б. Малокурильская, б. Подмаячная). Кроме того, была получена запись волновых процессов для различных погодных условий в различные сезоны, что позволило выявить резонансный отклик шельфа [Куликов, 1987] на различные события - близкие и удаленные цунами, прохождение барических возмущений.

Было также выполнено моделирование трансокеанского Чилийского цунами 1960 г., являющегося одним из наиболее сильных событий для данного района. Цифровые мареографы были установлены в точках, где установлены автономные регистраторы сети непрерывных наблюдений. Сравнение спектральных оценок плотности мощности показало хорошее согласие наблюдаемых и модельных частот, в частности для Охотоморского шельфа о. Уруп основной период шельфового резонанса составляет около 20 минут (рис. 4). Схожие оценки были получены в [Файн, 1980, 1984].

Необходимо отметить, что полученные численно и экспериментально оценки частотно-избирательных свойств акватории и выявленные существенные отличия характера отклика колебаний уровня моря на различных станциях, на штормовые условия, и слабое цунами могут быть полезны при создании системы оперативного предупреждения опасных морских явлений (цунами).

В Заключении перечислены основные результаты диссертационной работы.

Частота, цикл/мин Частота, цикл/мин

Рис. 4. Оценки спектральной плотности мощности для полученных экспериментально (верхний ряд )записей волновых процессов на шельфе о. Уруп и для модельных записей Чилийского цунами 1960 г (внизу)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Усовершенствована числениая модель решения уравнений нелинейной теории мелкой воды в разномасштабных бассейнах со сложной геометрией. Эта модель реализована в программном комплексе ИАМГ-ВДЫСЕ 4.8 предназначенном для расчета длинноволновых процессов в океане в сферических координатах с учетом силы Кориолиса.

2. Разработано программное обеспечение для автономных регистрирующих комплексов для долговременной непрерывной регистрации волновых процессов на шельфе. Применение данных автономных регистрирующих комплексов в большом числе натурных экспериментов продемонстрировало эффективность и надежность предложенных решений.

3. Проведен крупномасштабный долговременный эксперимент по регистрации длинноволновых процессов на шельфе морей Дальнего Востока России. Впервые получено свыше 100 ООО часов непрерывных записей волновых процессов с секундной дискретностью. На основе полученных в ходе эксперимента натурных данных и численного моделирования изучена пространственная структура резонансных колебаний в бассейнах со сложной геометрией.

4. Экспериментально и численно показано, что 8-10 минутные колебания, соответствующие нулевой моде (мода Гельмгольца) возбуждаются под воздействием цунами. Пространственная структура этой моды является сильно неоднородной, в частности возможно десятикратное увеличение амплитуды волны в удаленной от входа области бассейна.

5. Экспериментально и численно подтверждено существование резонансных колебаний в полуоткрытых акваториях, в случаях, когда градиент глубин на открытой границе ограничивает излучение волновой энергии.

6. Экспериментально и численно изучены резонансные эффекты при распространении волн вдоль градиента глубин. В частности доказано существование захваченных волн с периодами около 90 мин и амплитудой 15-20 см. распространяющихся между мысами Свободный и Терпения (расстояние 220 км) вдоль Охотоморской впадины.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Куликов Е. А. Генерация шельфовых волн атмосферными возмущениями // Известия АН СССР. ФАО. 1987. Т. 23. № 7. С. 769 - 776.

2. Куркин А.А. Нелинейная и нестационарная динамика длинных волн в прибрежной зоне. - Н. Новгород: НГТУ, 2005. 330 с.

3. Марпл-мл. С. JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения / Пер. с англ.-М.: Мир, 1990.

4. Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. 326 с.

5. Файн И.В. Расчет захваченных волн для района Курильской гряды // В сб.: Волновые процессы в северо-западной части Тихого океана. - Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1980. С. 87 - 92.

6. Файн И.В. Частотные свойства Курильского шельфа. // Генерация цунами и выход волн на берег. - M., 1984. С. 80-83.

7. Yalciner А.С., Pelinovsky Е. A short eut numerical method for'determination of periods of free oscillations for basins with irregular geometry and bathymetry // Océan engineering. V. 34. 2007. C. 747 - 757.

8. Yalciner A.C., Pelinovsky E., Zaytsev A., Kurkin A., Ozer C., Karakus H., Ozyurt G. Modeling and visualization of tsunamis: Mediterranean examples // Tsunami and Nonlinear Waves (Ed: Anjan Kundu), Springer. 2007. C. 273 - 283.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях рекомендованных ВАК:

Ч 1. Зайцев А.И., Ковалев Д.П., Левин Б.В., Пелиновский Е.Н., Чернов А.Г., Ялчинер А. Невельское цунами 2 августа 2007 года: инструментальные данные и численное моделирование. // Доклады академии наук. 2008. Т. 421. №2. С. 1 -4. 4 2. Зайцев А.И., Ковалев Д.П., Левин Б.В., Пелиновский Е.Н., Чернов А.Г., Ялчинер А. Цунами на Сахалине 2 августа 2007 года: мареографные

данные и численное моделирование. // Тихоокеанская геология. 2009. Т. 28. №5. С. 30-35.

Ч 3. Ковалев П.Д., Шевченко Г.В., Ковалев Д.П., Чернов А.Г., Золотухин Д.Е. Регистрация Симуширского и Невельского цунами в порту города Холмска. // Тихоокеанская геология. 2009. Т. 28. № 5. С. 36 - 43.

Ч 4. Левин Б.В., Чернов А.Г., Шевченко Г.В., Ковалев П.Д., Ковалев Д.П., Куркин A.A., Лихачева О.Н., Шишкин A.A. Первые результаты регистрации длинных волн в диапазоне периодов цунами в районе Курильской гряды на разнесенной сети станций. // Доклады академии наук. 2009. Т. 427. № 2. С. 1 - 6.

Ч 5. Шевченко Г.В., Ковалев П.Д., Богданов Г.С., Шишкин A.A., Лоскутов A.A., Чернов А.Г. Регистрация цунами у берегов Сахалина и Курильских островов. // Вестник ДВО. 2008. № 6. С. 23 - 33.

Ч 6. Шевченко Г.В., Чернов А.Г., Горин И.И., Ковалев П.Д. Экспериментальные исследования волновых процессов в бухте Алексеева (о. Попова). // Вестник ДВО. 2009.

В книгах:

Ч 7. Ковалев П.Д., Шевченко Г.В., Ковалев Д.П., Чернов А.Г. Глава 7 в книге «Невельское землетрясение и цунами 2 августа 2007 года» // Под ред. Левина Б.В., Тихонова И.Н. - М.: Янус-К, 2009.204 с.

В рецензируемых журналах:

Ч 8. Лухнов А.О., Ковалев П.Д., Куркин A.A., Полухина O.E., Чернов А.Г. Организация и проведение натурного эксперимента по изучению волновой динамики на восточном шельфе о. Сахалин // Изв. АИН им. А. М. Прохорова. Прикладная математика и механика. 2007. Т. 20. С. 33 - 39.

Ч 9. Лухнов А.О., Чернов А.Г., Куркин A.A., Полухина O.E. Проблемы создания аппаратно-программного комплекса для исследования гидродинамики шельфовой зоны // Известия АИН им. А.М. Прохорова. Прикладная математика и механика. 2006. Т. 18. С. 120 - 123.

Ч 10. Чернов А.Г., Ковалев П.Д., Куркин A.A., Шевченко Г.В., Лухнов А.О. Исследование особенностей гидродинамических условий прилегающего к озеру Изменчивое участка взморья // Известия АИН им. А. М. Прохорова. Прикладная математика и механика. 2007. Т. 20. С. 8 - 16.

4 11. Чернов А.Г., Лухнов А.О., Куркин A.A., Полухина O.E. Развертывание распределенной вычислительной системы на основе открытых технологий И Известия АИН им. А. М. Прохорова. Прикладная математика и механика. 2006. Т. 18. С. 111 - 114.

Ч 12. Чернов А.Г., Лухнов А.О., Куркин A.A., Полухина O.E., Ковалев П.Д., Ковалев Д.П. Натурный эксперимент по регистрации захваченных волн в районе м. Острый (Охотское море) // Известия АИН им. А.М. Прохорова. Прикладная математика и механика. 2006. Т. 18. С. 91 - 98.

В трудах международных и всероссийских конференций:

Ч 13. Безрук И.В., Полухина O.E., Чернов А.Г. Исследование приливных внутренних волн в Охотском и Японском морях (по результатам числен-

ного моделирования) // Сборник материалов II Сахалинской молодежной научной школы «Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз», 4-10 июня 2007 г. / отв. ред. О.Н. Лихачева. - Южно - Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2008. С. 192 - 197.

В тезисах международных и российских конференций:

Ч 14. Chernov A.G., Kurkin А.А., Lukhnov А.О., Kovalev D.P., Shevchenko G.V. Instrumental water level measurements in the Sea of Okhotsk shelf and analysis of the results // Geophysical research abstracts. 2008. V. 10. P. 10332.

4 15. Chernov A.G., Kurkin A.A., Lukhnov A.O., Kuznetsov K.I. Sakhalin island coastal zone wave dynamics under the ice: in-situ measurements and observed data analysis // Geophysical research abstracts. 2008. V. 10. P. 10373.

4 16. Kurkin A.A., Chernov A.G., Bezruk I.V., Kuznetsov К. I. Field observations of sea surface state near Ostry cape (eastern shelf of Sakhalin Island) // EGU General Assembly, Vienna, Austria, April 15-20, 2007. Geophysical research abstracts, Vol. 9, EGU07-A-05358, European Geosciences Union 2007.

4 17. Yalciner A.C., Zaytsev A., Chernov A., Ozer C., Dilmen D. I., Insel I., Pe-linovsky E., Kurkin A., Karakus H., Kanoglu U. Database Development by Modeling for Tsunami Mitigation Strategies for Fethiye Town Turkey // Geophysical research abstracts. 2008. V. 10. P. 06811.

418. Zaitsev A.I., Kovalev D.P., Kurkin A.A., Levin B.V. , Pelinovsky E., Chernov A.G., Yalciner A.C The 2007 Sakhalin Island tsunami: observations and modeling // Geophysical research abstracts. 2008. V. 10. P. 02306.

4 19. Горбунов A.O., Ковалев П.Д., Шевченко Г.В., Чернов А.Г. Изучение условий замывания протоки озера Изменчивое (о. Сахалин) // Литодина-мика донной контактной зоны океана: Материалы Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Лонгинова. - Москва, ИО РАН. М.: ГЕОС, 2009. - С. 72-74.

Ч 20. Ковалев П.Д., Иволгин В.И., Ковалев Д.П., Куркин А.А., Чернов А.Г. Приборное обеспечение исследований гидродинамики в прибрежной зоне моря // Литодинамика донной контактной зоны океана: Материалы Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Лонгинова. - Москва, ИО РАН. М.: ГЕОС, 2009. С. 149-150.

4 21. Ковалев П.Д., Куркин А.А., Полухина О.Е., Лухнов А.О., Чернов А.Г. К вопросу создания измерительного комплекса для морских исследований И Материалы международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения». 2428 октября 2006 г., г. Москва. - Москва: МИРЭА, 2006. Ч. 2. С. 120- 122.

Ч 22. Кузнецов К.И., Безрук И.В., Куркин А.А., Чернов А.Г. Первичная обработка результатов натурного эксперимента по регистрации краевых волн // Сб. тезисов, материалы Тринадцатой Всероссийской научной конф. студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону, Таганрог): Материалы конференции, тез. докладов. Екатеринбург-Ростов-на-Дону - Таганрог: Изд-во АСФ России. 2007. С. 541 -542.

4 23. Кузнецов К.И., Куркин A.A., Чернов А.Г. Спектральный анализ волновых режимов Охотского моря // Всероссийская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по физике. 14-16 ноября 2007 г. Материалы конференции. Владивосток. Изд-во Дальневосточного университета. 2007. С. 95-96.

4 24. Кузнецов К.И., Чернов А.Г., Куркин A.A. Изучение особенностей гидродинамических условий в шельфовой зоне Охотского моря // Сборник тезисов, материалы Четырнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-14, Уфа): Материалы конференции, тезисы докладов. Екатеринбург - Уфа: Изд-во АСФ России. 2008. С. 463-464.

4 25. Кузнецов К.И., Чернов А.Г., Куркин A.A. Исследование волновых режимов южной части Охотского моря по результатам годовых непрерывных наблюдений // Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: тезисы докладов Третья Сахалинской молодежной школы, Южно-Сахалинск, 3-6 июня 2008 г./ отв. Ред. О.Н. Лихачева. - Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2008. С. 114 - 117.

426. Куркин A.A., Полухина O.E., Лухнов А.О., Чернов А.Г., Кузнецов К.И. Информационное обеспечение экспериментов по исследованию волновой динамики шельфовой зоны II Материалы международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения». 24-28 октября 2006 г., г. Москва. - Москва: МИ-РЭА, 2006.4.2. С. 109-112.

4 27. Лухнов А.О., Куркин A.A., Полухина O.E., Чернов А.Г. Создание распределенной вычислительной системы для решения задач математического моделирования геофизических процессов с использованием открытых технологий // КОГРАФ 2007-2008. Материалы Международной научно-практической конференции по графическим информационным технологиям и системам. Н. Новгород: НГТУ, 2008. С. 4 - 6.

Ч 28. Чернов А.Г. Метод изучения пространственной структуры свободных колебаний в заливах и бухтах Сахалина // Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: тезисы докладов 4етвертая Сахалинской молодежной школы, Южно-Сахалинск, 2-5 июня 2009 г./ отв. Ред. О.Н. Лихачева. - Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2009. С. 111 - 113.

Ч 29. Чернов А.Г. Натурные наблюдения и численное моделирование резонансных колебаний в заливе Терпения (Охотское море) // Сборник тезисов, материалы Пятнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-15, Кемерово - Томск): Материалы конференции, тезисы докладов. Екатеринбург - Ростов-на-Дону - Таганрог: Изд-во АСФ России. 2007. С. 557 - 558.

430. Чернов А.Г., Зайцев А.И., Куркин A.A. Оптимизация программного комплекса моделирования волн цунами AVI-NAMI для многопроцессорных систем // КОГРАФ 2007-2008. Материалы Международной научно-

практической конференции по графическим информационным технологиям и системам. Н. Новгород: НГТУ, 2008. С. 10-11. 4 31. Чернов А.Г., Кузнецов К.И., Куркин A.A. Исследование длинноволновых колебаний в южной части Охотского моря И Сб. тезисов, материалы Четырнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-14, Уфа): Материалы конф., тез. докладов. Екатеринбург - Уфа: Изд-во АСФ России. 2008. С. 478 - 479. 4 32. Чернов А.Г., Кузнецов К.И., Куркин A.A. Исследование длинноволновых колебаний в южной части Охотского моря // Сборник тезисов, материалы Четырнадцатой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-14, Уфа): Материалы конф., тезисы докладов. Екатеринбург - Уфа: Изд-во АСФ России. 2008. С. 478 - 479. Ч 33. Чернов А.Г., Кузнецов К.И., Куркин A.A., Шевченко Г.В. Исследование влияния волн на трансформацию береговой линии (по результатам натурных наблюдений) // Природные катастрофы: изучение, мониторинг, прогноз: тезисы докладов Третья Сахалинской молодежной школы, Южно-Сахалинск, 3-6 июня 2008 г./ отв. Ред. О.Н. Лихачева. - Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2008. С. 117 - 120. 434. Чернов А.Г., Куркин A.A., Лухнов А.О., Полухина O.E. Методика исследования опасных морских явлений шельфовой зоны II Материалы международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения». 24-28 октября 2006 г., г. Москва. - Москва: МИРЭА, 2006. Ч. 2. С. 113 - 115. Ч 35. Чернов А.Г., Куркин A.A., Лухнов А.О., Полухина O.E. Особенности применения информационных технологий при проведении натурных геофизических экспериментов // КОГРАФ 2007-2008. Материалы Международной научно-практической конф. по графическим информационным технологиям и системам. Н. Новгород: НГТУ, 2008. С. 12-13.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

Глава 1. Аналитические и численные методы изучения пространственной структуры резонансных колебаний жидкости

1.1 Введение

1.2 Сейши в закрытых акваториях

1.2.1 Причины возникновения

1.2.2 Основные элементы волн и их аналитическое выражение

1.2.3 Периоды сейшевых колебаний уровня

1.2.4 Затухание стоячих колебаний уровня во времени

1.3 Топографический захват на шельфе

1.3.1 Бесконечный откос

1.3.2 Шельф-ступенька

1.3.3 Вогнутый экспоненциальный шельф

1.4 Методика исследования пространственной структуры резонансных колебаний. .

1.4.1 Приборы и методы для натурных наблюдений за колебаниями уровня жидкости в открытых акваториях

1.4.2 Стационарный комплекс для оперативной регистрации опасных морских явлений

1.4.3 Математическое моделирование

1.4.4 Метод обработки результатов

1.5 Выводы

Глава 2. Экспериментальное и численное исследование длинноволновых колебаний в бассейнах со сложной геометрией

2.1 Введение

2.2 Особенности проявления цунами в Холмской бухте

2.2.1 Организация экспериментальных измерений в порту г.Холмск

2.2.2 Регистрация цунами

2.2.3 Влияние собственных колебаний на формирование цунами

2.3 Свободные колебания в б. Алексеева

2.3.1 Организация эксперимента и характеристика полученных материалов

2.3.2 Анализ полученных материалов

2.3.3 Численное моделирование длинноволновых колебаний

2.4 Длинноволновые колебания в заливе Терпения

2.5 Выводы

Глава 3. Особенности шельфового резонанса на примере Курильских островов

3.1 Введение

3.2 Организация непрерывной регистрации длинноволновых процессов

3.3 Моделирование резонансных колебаний под воздействием близких и удаленных цунами

3.4 Выводы Заключение Список литературы

Чернов Антон Григорьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ В БАССЕЙНАХ СО СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ

Автореферат

Подписано в печать 23.11.2009. Формат 60 х 84 '/i6. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 150 экз. Заказ 751.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24