Численное моделирование гидродинамических волновых процессов в Азовском море на основе ветроволновой модели WAVEWATCH III

Аннотация

Статья посвящена исследованию возможностей современной версии ветроволновой модели третьего поколения WAVEWATCH III (WW3). Приведены основные уравнения модели и описана программная реализация. Проведен численный реанализ (повторный анализ с учетом изменения во времени) характеристик ветрового волнения в Азовском море, результаты моделирования сопоставлены с данными многолетних наблюдений гидрометеостанций на его берегах, хранящимися в базах данных Единой межведомственной федеральной информационной системы (ЕСИМО). Расчетные области, аппроксимирующие конфигурацию берегов и батиметрию реальных морских бассейнов, в прогностической модели представляют собой регулярные широтно-долготные сетки из элементов размером 1.2 x 1.2 град (примерно 2 x 2 км). Необходимые для проведения расчетов батиметрия и соответствующая ей маска «суша-море» (двумерный массив значений, задающих принадлежность ячейки суше или морю) для каждого из бассейнов получены с использованием навигационных карт. При реанализе входная информация о ветре в узлах сетки формировалась исходя из многолетних климатических данных о его скорости в течение определенного месяца с 2008 по 2023 год. На основе спектральной модели WW3 осуществлен расчет параметров ветрового волнения в Азовском море. Построены прогностические карты ветрового волнения в течение среднего периода, средних длин и высот преобладающих волн в различные моменты времени. Необходимые для вычислений метеорологические поля (скорости ветра, температуры воды и воздуха) брались из баз данных системы Гидрометцентра России и Национальной администрации океанических и атмосферных исследований США. Найдены показатели эффективности при гибридном распараллеливании (MPI-OpenMP), определена масштабируемость как при MPI, так и при гибридных запусках.