Izvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsIzvestiya, Atmospheric and Oceanic PhysicsИзвестия РАН. Физика атмосферы и океана0002-35153034-6487The Russian Academy of Sciences68174210.31857/S0002351524060049HUZRTXArticlesСтатьиResearch ArticleMeasurements of directional sea surface waves near Sakhalin Island by array of bottom stationИзмерения направленных поверхностных волн у острова Сахалин донными станциямиKokorinaA. V.КокоринаА. В.
Russian Federation
a.kokorina@ipfran.ruSlunyaevA. V.СлюняевА. В.
Russian Federation
a.kokorina@ipfran.ruZaitsevA. I.ЗайцевА. И.
Russian Federation
a.kokorina@ipfran.ruLeonenkovR. V.ЛеоненковР. В.
Russian Federation
a.kokorina@ipfran.ruFederal Research Center Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of SciencesИнститут прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАНNational Research University “Higher School of Economics”Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»Il'ichev Pacific Oceanological Institute Far Eastern Branch Russian Academy of SciencesТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНSpecial Research Bureau for Automation of Marine Researches, Far East Branch, Russian Academy of SciencesСпециальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАН0312202460689291131052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.eco-vector.com/0002-3515/article/view/681742

Field measurements of sea waves are carried out off the coast of Sakhalin Island using an antenna of three bottom pressure sensors. The stability of statistical characteristics estimated by different devices in the antenna is analyzed. The probability distribution of wave heights qualitatively corresponds to the Glukhovsky distribution, but demonstrate a lower probability of high wave occurrence. The space-time spectra of waves are reconstructed. It is shown that the angular distribution of the spectral density of waves over two days of measurements is well described by the theoretical cosine squared distribution, and its width varies in the range of 50-90 degrees. The dominant direction of wave propagation is from the northeast. An independent method is proposed for estimating the local water depth using data from the antenna.

Выполнены натурные измерения морского волнения у берегов о-ва Сахалин с помощью антенны из трех датчиков донного давления. Проанализирована устойчивость статистических характеристик, определяемых независимыми приборами в составе антенны. Распределение вероятностей высот волн качественно соответствует распределению Глуховского, но демонстрирует меньшую вероятность возникновения высоких волн. Восстановлены пространственно-временные спектры волн. Показано, что угловое распределение спектральной плотности волн за двое суток измерений хорошо описывается теоретическим распределением, а его ширина варьируется в диапазоне 50–90 градусов; доминирующим является движение волн с северо-востока. Предложен независимый способ определения локальной глубины места измерения по данным с антенны.

sea surface wavesfield measurementsbottom pressuredata processingdirectional wave spectraangular distribution of spectral densityповерхностные морские волнынатурные измеренияпридонное давлениеобработка данныхспектры направленных волнугловое распределение спектральной плотностиРоссийский Научный ФондRussian Science Foundation22-17-00153Давидан И.Н., Лопатухин Л.И., Рожков В.А. Ветровое волнение как вероятностный гидродинамический процесс. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 256 c.Зайцев А.И., Малашенко А.Е., Пелиновский Е.Н. Ано-мально большие волны вблизи южного побережья о. Сахалин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2011. Т. 4. С. 35–42.Кокорина А.В., Слюняев А.В., Зайцев А.И., Диденкулова Е.Г., Москвитин А.А., Диденкулова И.И., Пелиновский Е.Н. Анализ данных долговременных измерений волн у о-ва Сахалин // Экологические системы и приборы. 2022. № 12, С. 45–54.Кузнецов К.И., Зайцев А.И., Костенко И.С., Куркин А.А., Пелиновский Е.Н. Наблюдения волн-убийц в прибрежной зоне о. Сахалин // Экологические системы и приборы. 2014. № 2. С. 33–39.Лопатухин Л.И. Ветровое волнение: Учеб. пособие. 2-е изд., доп. СПб.: ВВМ, 2012. 165 с.Слюняев А.В. Вклады компонент волн на поверхности глубокой воды в распределения вероятностей аномально высоких волн по результатам прямого численного моделирования уравнений Эйлера // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2023. Т. 59. № 6. 793–814.Слюняев А.В., Кокорина А.В. Численное моделирование «волн-убийц» на морской поверхности в рамках потенциальных уравнений Эйлера. Изв. РАН. Физика атмосферы и океана // 2020. Т. 56. № 2. С. 210–223.Слюняев А.В., Кокорина А.В., Зайцев А.И., Диденкулова Е.Г., Москвитин А.А., Диденкулов О.И., Пелиновский Е.Н. Зависимость вероятностных распре-делений высот волн от физических параметров по результатам измерений у о-ва Сахалин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2023a. Т. 16. № 3. С. 18–29.Слюняев А.В., Пелиновский Д.Е., Пелиновский Е.Н. Морские волны-убийцы: наблюдения, физика и математика // Успехи физических наук. 2023b. Т. 193. № 2. С. 155–181.Babanin A. Breaking and dissipation of ocean surface waves. Cambridge Univ. Press. 2011. 463 p.Chalikov D. Statistical Properties of 3-D Waves Simulated with 2-D Phase-Resolving Model // Phys. Wave Phen. 2023. V. 31. P. 114–122.Donelan M.A., Drennan W.M., and Magnusson A.K. Nonstationary analysis of the directional properties of propagating waves // Journal of Physical Oceanography. 1996. V. 26. P. 1901–1914.Ducrozet G., Bonnefoy F., Le Touzé D., Ferrant P. HOS-ocean: open-source solver for nonlinear waves in open ocean based on High-Order Spectral Method // Comput. Phys. Commun. 2016. V. 203. P. 245–254.Japan Meteorological Agency: https://www.jma.go.jp/Holthuijsen L.H. Waves in oceanic and coastal waters. Cambridge Univ. Press, 2007. 367 p.Kirezci C., Babanin A.V., Chalikov D. Probabilistic assessment of rogue wave occurrence in directional wave fields // Ocean Dynamics. 2021. V. 71. P. 1141–1166.Long C.E. and Oltman-Shay J.M. Directional characteristics of waves in shallow water // Engineer Waterways Experiment Station. 1991. Vol. 91. No. 1.Long C.E. Storm Evolution of Directional Seas in Shallow Water. Vicksburg, Mississippi // Coastal Engineering Research Center, Technical Report CERC-94-2. 1994.Massel S.R. Ocean surface waves: their physics and prediction. Singapore: World Scientifc Publ, 1996. 491 p.Montoya L.H., Dally W.R. Analysis of a 10-Year Record of Nearshore Directional Wave Spectra and Implications to Littoral Processes Research and Engineering Practice // J. of Coastal Research. 2016. V. 32. P. 1162–1173.Onorato M., Waseda T., Toffoli A., Cavaleri L., Gramstad O., Janssen P.A., Kinoshita T., Monbaliu J., Mori N., Osborne A.R., Serio M., Stansberg C.T., Tamura H., Trulsen K. Statistical properties of directional ocean waves: the role of the modulational instability in the formation of extreme events // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. Art. 114502.Squire V.A., Kovalev D.P., Kovalev P.D. Aspects of surface wave propagation with and with-out sea ice on the south-eastern shelf of Sakhalin Island // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2021.V. 251. P. 107227.Wang J., Ma Q., Yan S. and Liang B. Modeling Crossing Random Seas by Fully Non-Linear Numerical Simulations // Front. Phys. 2021. 9:593394WeatherArchive.ru: https://weatherarchive.ru/Temperature/Yuzhno-Sakhalinsk/October-2022https://weatherarchive.ru/Temperature/Yuzhno-Sakhalinsk/November-2022Xiao W., Liu Y., Wu G., Yue D.K.P. Rogue wave occurrence and dynamics by direct simulations of nonlinear wave-field evolution // J. Fluid Mech. 2013. V. 720. P. 357–392.Young I.R. On measurement of directional wave spectra // Ocean Res. 1994. V.16. P. 283.