ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 98-129

Изучение гидродинамических процессов в шельфовой зоне на основе спутниковой информации и данных подспутниковых измерений

О.Ю. Лаврова 1 , М.И. Митягина 1 , К.Д. Сабинин 2, 1 , А.Н. Серебряный 2, 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Акустический институт им. Н.Н. Андреева, Москва, Россия
В статье приводится обзор проведенных в отделе Исследование Земли из космоса Института космических исследований РАН работ, посвященных изучению гидродинамических процессов на шельфе на основе данных дистанционного зондирования Земли и результатов подспутниковых измерений. Основное внимание уделялось таким процессам и явлениям как субмезомасштабные вихри и вихревые структуры, внутренние волны, течения в проливах. Экспериментальную основу исследования составили данные спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой, а также данные видимого и ИК-диапазонов оптических сенсоров спутникового базирования. Для адекватной интерпретации спутниковых данных регулярно проводились подспутниковые измерения параметров течений в северо-восточной части Черного моря и вблизи полуострова Крым. Приводятся результаты совместного анализа данных дистанционных и контактных измерений параметров субмезомасштабных вихрей и внутренних волн в прибрежной зоне.
На основе спутниковых данных высокого пространственного разрешения определены районы пространственной локализации внутренних волн в Черном, Каспийском и Балтийском морях. Показано, что для морей без приливов основными источниками генерации внутренних волн служат локальные фронты сгонно-нагонного происхождения, выходы на шельф внутренних сейш и квазиинерционных внутренних волн, гидрологические фронты, связанные с интрузией речных вод.
Приводятся результаты определения скорости и направления течений в Беринговом проливе на основе данных спутниковой радиолокации.
Обсуждаются примеры проявлений на спутниковых изображениях гидродинамических процессов, специфическая форма которых пока не всегда находит объяснение в рамках сложившихся представлений. Для отдельных случаев представлены феноменологические модели, объясняющие вероятную причину их образования.
Ключевые слова: спутниковые радиолокационные изображения, спутниковый мониторинг, морская поверхность, субмезомасштабные вихри, внутренние волны, течения в проливах, Черное море, Каспийское море, Балтийское море, Берингов пролив
Полный текст

Список литературы:

  1. Басович А.Я., Баханов В.В., Таланов В.И. Влияние интенсивных внутренних волн на ветровое волнение (кинематическая модель) // Воздействие крупномасштабных внутренних волн на морскую поверхность (ред. Е.Н. Пелиновский). Горький: ИПФ, 1982. С. 8-30.
  2. Булатов М.Г., Кравцов Ю.А., Лаврова О.Ю., Литовченко К.Ц., Митягина М.И., Раев М.Д., Сабинин К.Д., Трохимовский Ю.Г., Чурюмов А.Н., Шуган И.В. Физические механизмы формирования аэрокосмических радиолокационных изображений океана // Успехи Физических Наук. 2003. Т. 173. № 1. С. 69-87.
  3. Власенко В.И., Иванов В.А., Красин И.Г., Лисиченок А.Д. Генерация интенсивных короткопериодных внутренних волн в шельфовой зоне Крыма во время протекания прибрежного апвеллинга // Морской гидрофизический журнал. 1997. № 3. С. 3–16.
  4. Гинзбург А.И., Федоров К.Н. Некоторые закономерности развития грибовидных течений в океане, выявленные путем анализа спутниковых изображений // Исследование Земли из космоса. 1984. № 6. С. 3-13.
  5. Горшков К.А., Долина И.С., Соустова И.А. Троицкая Ю.И. Модуляция коротких ветровых волн в присутствии интенсивных внутренних волн. Эффект модуляции инкремента // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 5. С. 661-672.
  6. Зацепин А.Г., Баранов В.И., Кондрашов А.А., Корж А.О., Кременецкий В.В., Островский А.Г., Соловьев Д.М. Субмезомасштабные вихри на кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 592–605.
  7. Иванов В.А., Коняев К.В., Серебряный А.Н. Группы интенсивных внутренних волн в шельфовой зоне моря // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1981. Т. 17. № 12. С. 1302–1309.
  8. Иванов В.А., Лисиченок А.Д., Немировский А.С. Возбуждение короткопериодных внутренних волн пульсациями ветра // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 21. № 6. С. 648–656.
  9. Иванов В.А., Серебряный А.Н. Частотные спектры короткопериодных внутренних волн в бесприливном море // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1982. Т. 18. № 6. С. 683–685.
  10. Иванов В.А., Серебряный А.Н. Внутренние волны на мелководном шельфе бесприливного моря // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1983. Т. 19. № 6. С. 661–665.
  11. Иванов В.А., Серебряный А.Н. Короткопериодные внутренние волны в прибрежной зоне бесприливного моря // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т. 21. № 6. С. 648–656.
  12. Каримова С.С. Статистический анализ субмезомасштабных вихрей Балтийского, Черного и Каспийского морей по данным спутниковой радиолокации // Исследование Земли из космоса. 2012. № 3. C. 31-47.
  13. Коняев К.В. Экспериментальное исследование короткопериодных внутренних волн в море // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 11. № 3. С. 285–296.
  14. Коняев К.В., Сабинин К.Д. Новые данные о внутренних волнах в море, полученные с помощью распределенных датчиков температуры // Доклады АН СССР. 1973. Т. 209. № 1. С. 86–89.
  15. Коняев К.В., Сабинин К.Д. Волны внутри океана. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 273 с.
  16. Костяной А.Г., Гинзбург А.И., Шеремет Н.А., Лаврова О.Ю., Митягина М.И. Мелкомасштабные вихри Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7. № 1. С. 248-259.
  17. Лаврова, О.Ю. Слики как индикаторы вихревой активности в прибрежной зоне // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2005. Т. 2. С. 118-123.
  18. Лаврова О. Ю., Костяной А. Г., Лебедев С. А., Митягина М. И., Гинзбург А. И., Шеремет Н. А. Комплексный спутниковый мониторинг морей России. М., ИКИ РАН. 2011а. 470 с.
  19. Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Сабинин К.Д. Проявление внутренних волн на морской поверхности в северо-восточной части Черного моря // Исследования Земли из космоса. 2009. № 6. С. 49-55.
  20. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Сабинин К. Д. Исследование особенностей генерации и распространения внутренних волн в бесприливных морях по данным спутниковой радиолокации // Доклады Академии Наук. 2011б. Т. 436. № 3. С. 407–411.
  21. Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Сабинин К.Д., Серебряный А.Н. Спутниковые наблюдения поверхностных проявлений внутренних волн в Каспийском море // Исследование Земли из космоса. 2011в. № 2. С. 40-48.
  22. Лаврова О.Ю., Серебряный А.Н., Митягина М.И., Бочарова Т.Ю. Подспутниковые наблюдения мелкомасштабных гидродинамических процессов в северо-восточной части Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 4. С. 308-322.
  23. Лаврова О.Ю., Краюшкин Е.В., Соловьев Д.М., Голенко М.Н., Голенко Н.Н., Калашникова Н.А., Демидов А.Н. Влияние ветрового воздействия и гидродинамических процессов на распространение вод Калининградского залива в акватории Балтийского моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 4. С. 76-99.
  24. Ле Блон П., Майсек Л. Волны в океане. М.: Мир, 1981. Т. 1. 480 с.
  25. Леонов А.И., Миропольский Ю.З. О резонансном возбуждении внутренних гравитационных волн в океане колебаниями атмосферного давления // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1977. Т. 9. № 8. С. 851–862.
  26. Митягина М.И., Лаврова О.Ю. Спутниковые наблюдения вихревых и волновых процессов в прибрежной зоне северо-восточной части Черного моря // Исследования Земли из космоса. 2009. № 5. С.72-79.
  27. Митягина М.И., Лаврова О.Ю. Спутниковые наблюдения поверхностных проявлений внутренних волн в морях без приливов // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. Т. 7. № 1. 2010. С. 260-272.
  28. Раев М.Д., Шарков Е.А. Исследования окружающей среды радиофизическими методами. История создания и становление направления «Радиофизические спутниковые исследования Земли» // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2015. Т. 12. № 5. С. 33–52.
  29. Сабинин К.Д., Лаврова О.Ю. Кольчатые структуры на спутниковых изображениях и вероятная причина их образования (феноменологическая модель) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 1. С. 93-101.
  30. Серебряный А.Н. Эффекты нелинейности во внутренних волнах на шельфе // Известия АН. Физика атмосферы и океана. 1990. Т. 26. № 3. С. 285–293.
  31. Серебряный А.Н. Проявление свойств солитонов во внутренних волнах на шельфе // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1993. Т. 29. № 2. С. 244–252.
  32. Серебряный А.Н., Лаврова О.Ю. Антициклонический вихрь на шельфе северо-восточной части Черного моря: совместный анализ космических снимков и данных акустического зондирования толщи моря // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2008. Т. 5. №. 2. С. 206-215.
  33. Batchelor G.K. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press. 2000. 615 p.
  34. Dreschler-Fischer L., Lavrova O., Seppke B., Gade M., Bocharova T., Serebryany A. and Bestmann O. Detecting and tracking small scale eddies in the Black sea and the Baltic sea using high-resolution RADARSAT-2 and TERRASAR-X imagery (DTEDDIE) // Proc. IGARSS’2014, Québec City, Canada, 13-18 July 2014. P. 1214 – 1217.
  35. Eldevik T., Dysthe K.B. Spiral eddies // Journal of Physical Oceanography, 2002. Vol. 32. No. 3. P. 851-869.
  36. Ivanov A.Yu., Ginzburg A.I. Oceanic eddies in synthetic aperture radar images // Proc. Indian Academy of Sciences. (Earth Planet. Sci.), 2002. V. 111 (3). P. 281-295.
  37. Jackson C.R., Apel J.R. An atlas of internal solitary-like waves and their properties // Global Ocean Associates. 2002.
  38. Kao T. W., Pao H. P., Park G. Surface intrusions, fronts and internal waves: a numerical study // Journal of Geophysical Research. 1978. Vol. 83. C9. P. 4641–4650.
  39. Lavrova O.Yu., Bocharova T.Yu., Sabinin K.D. SAR observations of dynamic processes in the Bering Strait // Atmospheric and Oceanic Processes, Dynamics, and Climate Change, Eds. Zhaobo Sun. 2003. Vol. 4899. P. 28-35.
  40. Lavrova O.Yu., Krayushkin E.V., Golenko N.N., Golenko M.N. Investigation of mechanisms of generation, development and evolution of vortex structures in the northeastern part of the Black Sea and in the southeastern part of the Baltic Sea // Proc. of SPIE. Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions. 9638-24.
  41. Lavrova, O., Mityagina M., Bocharova T., Gade M. Multisensor observation of eddies and mesoscale features in coastal zones // Remote Sensing of the European Seas. Barale, Vittorio; Gade, Martin (Eds.) Springer. 2008. P. 463-474.
  42. Lavrova O.Yu., Sabinin K.D., Mityagina M.I. Ship wake distortion as indicator of spatial current fine structure // Proc. 4th International Workshop Sea SAR 2012. 18-22 June 2012. Tromsø, Norway, ESA / Ed.: ESA. 2012. V. ESA-SP-709, ESA Publications Division, European Space Agency, Noordwijk, The Netherlands.
  43. Lavrova, O., Sabinin K., Mityagina M., Bocharova T. Internal waves in the Scagerrak Strait // Books of Abstracts IEEE/OES Baltic Symposium 2014, May 26 – 29, 2014, Tallinn, Estonia. P.66.
  44. Lavrova O., Serebryany A., Bocharova T. and Mityagina M. Investigation of fine spatial structure of currents and submesoscale eddies based on satellite radar data and concurrent acoustic measurements // Proc. SPIE 8532, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions. 2012, 85320L (October 19, 2012); doi:10.1117/12.970482.
  45. Lavrova O., Serebryany A., Bocharova T. Investigation of small scale hydrodynamic processes using high resolution SAR imagery and ADCP data // ESA-SP-722. 2013. ESA Publications Division, European Space Agency, Noordwijk. The Netherlands. 8p.
  46. Mityagina, M.I., Lavrova, O.Y., Karimova, S.S. Multi-sensor survey of seasonal variability in coastal eddy and internal wave signatures in the north-eastern Black Sea // International Journal of Remote Sensing. 2010. Vol. 31. No. 17. P. 4779 — 4790.
  47. Munk W., Armi L., Fisher K., Zachariasen F. Spirals on the sea. Proc. Roy. Soc. 2000. 456A, Р. 1217–1280.
  48. Nash J.D., Moum J.N. River plumes as a source of large-amplitude internal waves in the coastal ocean // Nature. 2005. 437. P. 400–403.
  49. Pan J., Jay D.A., Orton P.M. Analyses of internal solitary waves generated at the Columbia River plume front using SAR imagery // Journal of Geophysical Research. 2007. Vol. 112. C07014, doi:10.1029/2006JC003688.
  50. Roach A.T., Aagaard K., Pease C.H., Salo S.A., Weingartner T., Pavlov V., Kulakov M. Direct measurements of transport and water properties through the Bering Strait // Journal of Geophysical Research. 1995. Vol. 100 (C9). P.18443-18457.
  51. Scully-Power P. Navy Oceanographer Shuttle Observations, STS 41-G, Mission Report. Naval Underwater Systems Center Tech. Rep. NUSC TD 7611, 1986. 71 p.
  52. Stashchuk N., Vlasenko V. Generation of internal waves by a supercritical stratified plume // J. Geophysical Research. 2009. V. 114. C01004, doi: 10.1029/2008JC004851.