У прибережних водах біля Ченнаї в Бенгальській затоці хвильовий режим формують дві різні «історії» моря. Частина хвиль народжується тут же, під дією місцевого вітру, утворюючи короткі й круті вітрові хвилі. Інша частина — довгі, плавні свели, які долають тисячі кілометрів з інших районів Індійського океану. Новий аналіз даних буя показав, як ці дві складові розподіляють енергію хвиль біля Ченнаї та як на цей баланс вплинули Ель-Ніньйо та Діполь Індійського океану.
Дослідження, про яке розповідає Scienmag, ґрунтується на безперервних вимірюваннях хвиль, виконаних прибережним буєм CB06 Національного інституту океанських технологій Індії. З 2017 по 2019 рік буй, встановлений на глибині лише 16 метрів недалеко від берега, фіксував параметри хвиль, важливі для портової інфраструктури, берегозахисту та безпеки судноплавства.
Як розділили свели та вітрові хвилі
Замість того щоб розглядати хвильове поле як єдине ціле, вчені застосували до кожного спектра хвиль алгоритм за крутістю. Фізичний принцип простий: локальні вітрові хвилі молоді й круті, оскільки ще активно ростуть під дією вітру, тоді як свели, що відірвалися від зони утворення, із відстанню втрачають крутість.
Використовуючи крутість як «відбиток пальця», дослідники розділили кожен спектр на дві частини — компонент свелів і компонент вітрових хвиль. З цих частин вони окремо обчислювали значну висоту хвиль, пов’язану зі свелами (Hm0s), та значну висоту вітрових хвиль (Hm0w) і простежили їхню зміну для трьох сезонів:
- передмусонний період (лютий–травень);
- літній південно-західний мусон (червень–вересень);
- післямусонний північно-східний мусон (жовтень–січень).
Таке «розкладання» хвиль має практичний сенс: вітрові хвилі відображають поточний стан місцевої атмосфери, тоді як свели зберігають «пам’ять» про вітри, що дмухали кілька днів тому, іноді на іншому кінці басейну.
Свели панують біля Ченнаї
Головний результат аналізу — у прибережній зоні Ченнаї хвильове поле доміновано свелами. Загальна значна висота хвиль Hm0 в усі три роки сильніше корелювала зі складовою свелів, ніж з вітровою складовою. Це означає, що характер моря тут значною мірою задають довгохвильові свели з віддалених районів Індійського океану та Бенгальської затоки, а не лише локальний вітер.
Для інженерів та берегових менеджерів це важливий висновок: проєктні умови, оцінка перенесення наносів і ризиків прибережних повеней біля Ченнаї не можуть спиратися тільки на статистику місцевих вітрів. Основна й найстабільніша частка енергії тут приходить саме у вигляді свелів.
Ель-Ніньйо та Діполь Перерозподілили хвилі у 2019 році
Період 2017–2019 років охопив яскраву кліматичну подію: у 2019-му сильний епізод Ель-Ніньйо збігся з однією з найпотужніших позитивних фаз Діполя Індійського океану, коли західна частина океану стає суттєво теплішою за східну. Відомо, що ці моди змінюють вітрові та опадові патерни над Індо-Тихоокеанським регіоном, але їхній прямий вплив на розділені компоненти хвиль у Бенгальській затоці був менш зрозумілим.
Записи буя біля Ченнаї зафіксували ці «відбитки» досить чітко. Під час мусону 2019 року вітрове поле над районом дослідження частіше мало напрямки від 180° до 270°, тобто посилився південно-західний компонент, типовий для позитивної фази Діполя Індійського океану.
Ще виразнішими стали зміни у передмусонний період 2019 року: були зафіксовані нетипові південно-східні вітри, відмінні від картин 2017 та 2018 років, що збіглися в часі з розвитком умов Ель-Ніньйо.
Як море відреагувало на зміну вітрів
Хвильовий запис відгукнувся на ці збурення. Аномально південно-західні вітри під час мусону 2019 року супроводжувалися частішою появою «молодих» свелів — хвиль, що нещодавно залишили зону формування й ще не встигли повністю «дозріти». Водночас знизилася річна частка свелів загалом.
Тобто змінене вітрове поле не лише посилило локальні хвилі, а й змінило вікову структуру та походження самих свелів. У передмусонний сезон 2019 року ситуація була протилежною: на тлі розвитку Ель-Ніньйо зафіксували більш «свел-доміновані» умови, коли частка свелів у загальній енергії хвиль зросла порівняно з попередніми роками.
Поєднання вітровитішого, насиченого вітровими хвилями мусону та свел-домінованого передмусонного періоду в межах одного року показує, що один кліматичний епізод може спрямовувати хвильовий клімат у різні боки залежно від сезону. Все визначається тим, як перебудовуються регіональне вітрове поле та шляхи поширення свелів до узбережжя.
Різкий стрибок вітрових хвиль і наслідки для берега
Найбільш кількісно вражаючий результат стосується вітрової компоненти під час мусону 2019 року. Частота випадків, коли значна висота вітрових хвиль перевищувала 0,5 метра, збільшилася на 25 % порівняно з 2017 роком і на 24 % порівняно з 2018-м.
Для мілководдя з глибиною 16 метрів такі хвилі зовсім не дрібниця: вони безпосередньо підсилюють турбулентність біля дна, підйом і перенесення наносів та напруження хвиль на берег, що сприяє посиленню ерозії — хронічної проблеми узбережжя Ченнаї.
Те, що частота таких умов зросла приблизно на чверть у межах одного аномального року, демонструє, наскільки швидко мілководний хвильовий режим може змінюватися під впливом кліматичної мінливості в межах всього океанського басейну. Це свідчить, що берегові моделі та оперативні прогнози мають враховувати міжрічні кліматичні моди, а не покладатися лише на «середній» сезонний клімат.
Чому важливі довгі записи з буя
Робота доповнює зростаючу кількість досліджень, які показують тісний зв’язок хвильового клімату Індійського океану з провідними кліматичними режимами, зокрема ENSO (Ель-Ніньйо–Південне коливання) та Діполем Індійського океану. Раніше ці моди пов’язували зі змінами хвиль у східній частині Аравійського моря та з епізодами високих свелів уздовж індійського узбережжя, але прямі розділені вимірювання зі мілководного буя на східному узбережжі дають особливо наочне підтвердження.
Оскільки дані отримано з довгострокової стаціонарної буєвої мережі з контролем якості, вони забезпечують безперервні in situ-спостереження, які супутникові висотоміри та числові хвильові моделі не завжди можуть повноцінно відтворити в складній прибережній зоні.
Практичні наслідки виходять далеко за межі теорії. Ченнаї — великий порт із щільною прибережною забудовою, еродуючим узбережжям і значною кількістю мешканців, вразливих до морських небезпек. Хвильовий клімат, де чітко розрізняють свели та вітрові хвилі, покращує розрахунки змін берегової лінії, критерії проєктування хвилеломів, оцінки бюджетів наносів та ризиків для навігації.
Той факт, що сильний позитивний Діполь Індійського океану може одночасно підсилювати вітрові хвилі в сезон мусону й збільшувати домінування свелів до нього, підказує: сезонні та міжрічні прогнози хвиль, «прив’язані» до стану кліматичних мод, можуть стати корисним інструментом для управління узбережжям. А скромний буй біля Ченнаї допомагає створити базову картину, відносно якої оцінюватимуться майбутні зміни вітрів і хвиль в Індійському океані.