Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 7. С. 250-266
Сравнение характеристик течений, измеренных КВ и СВЧ радиолокаторами на гидрофизическом полигоне ИО РАН в Черном море, с данными ADCP и дрифтеров
А.Г. Зацепин
1 , В.В. Горбацкий
2 , С.А. Мысленков
3, 1 , Н.Н. Шпилев
2 , Д.И. Дудко
2 , Д.В. Ивонин
1 , К.П. Сильвестрова
1 , В.И. Баранов
1 , В.А. Телегин
4, 1 , С.Б. Куклев
1 1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
2 Крыловский государственный научный центр, Санкт Петербург, Россия
3 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
4 Институт земного магнетизма и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 03.11.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-7-250-266
Представлены результаты комплексных измерений скорости течения, выполненных на гидрофизическом полигоне Института океанологии РАН на Черном море в районе г. Геленджика в сентябре-октябре 2015 г. и апреле 2016 г. В измерениях были задействованы следующие приборы: океанографический радиолокатор КВ-диапазона Sea Sonde (25 МГц), навигационный радиолокатор СВЧ-диапазона (9,7 ГГц), донные станции ADCP, установленные на глубинах 22 и 85 м, а также буксируемый за судном ADCP. В качестве лагранжевых измерителей скорости течения использовались дрифтеры, с подводным парусом высотой 1 м, располагаемым на различных глубинах. При этом решались следующие задачи: 1) тестирование различных вариантов расположения радиолокационных приборов; 2) комплексное использование различных средств измерения течений; 3) попарное сопоставление всех элементов измерительной системы. Анализ результатов показал, что степень совпадения результатов измерений различных приборов зависит от пространственно-временной изменчивости картины течений. Хорошее совпадение между различными приборами наблюдалось при наличии устойчивых квазистационарных течений (вихревых структур, при которых течение однородно по глубине и постоянно по времени в пределах нескольких часов), не связанных с ветровым воздействием. В случае неоднородного по глубине течения и его сильной пространственно-временной изменчивости расхождения между результатами измерений различными приборами становятся существенными, поскольку измерения течений физически проводятся ими на различных глубинах и с разным интервалом осреднения по времени и пространству. Наиболее хорошее совпадение получено при сопоставлении данных радиолокатора Sea Sonde с данными дрифтеров (среднеквадратическая ошибка составила 9,8 см/с, коэффициент корреляции 0,88). Показаны основные достоинства и недостатки используемых измерителей течений.
Ключевые слова: Черное море, течения, вихревые структуры, КВ доплеровский радиолокатор, СВЧ радиолокатор, ADCP, дрифтеры
Полный текстСписок литературы:
- Гарбацевич В.А., Ермошкин А.В., Иванов И.И., Телегин В.А. Измерение пространственно-временных характеристик морского волнения навигационными РЛС малой мощности // Гелиофизические исследования. 2015. Вып. 13. С. 91–96.
- Гарбацевич В.А., Телегин В.А., Лапшин В.С., Шаболдин Н.А., Иванов И.И., Ивонин Д.В. Малогабаритная многочастотная РЛС декаметрового диапазона для мониторинга океана и ионосферы. Концепции разработки и первые результаты // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 4. C. 100–106.
- Гарбацевич В.А., Лапшин В.С., Телегин В.А., Бузинский Н.Л., Шаболдин Н.А., Максимова Н.С., Иванов И.И., Ивонин Д.В. РЛС декаметрового диапазона, предназначенная для радиолокационного мониторинга природных сред // Специальная техника. 2012. № 3. С. 30–34.
- Горбацкий В.В., Сабинин К.Д., Телегин В.А. Измерение вихревой структуры течений на морской поверхности в Черном море доплеровским КВ-радиолокатором // Труды ХХIХ Всерос. симп. «Радиолокационное исследование природных сред». Санкт-Петербург, 25–26 марта 2015 / под ред. М.М. Пенькова. 2015. Вып. 11.
- Горбацкий В.В., Сабинин К.Д., Телегин В.А., Зацепин А.Г, Куклев С.Б. Применение доплеровского КВ-радиолокатора для исследования пространственной структуры течений в Черном море // Морской гидрофизический журн. 2017. № 3. С. 63–73.
- Зацепин А.Г., Корж А.О., Кременецкий В.В., Островский А.Г., Поярков С.Г., Соловьев Д.М. Изучение гидрофизических процессов на шельфе и верхней части континентального склона Черного моря с использованием традиционных и новых методов измерений // Океанология. 2008. Т. 48. № 4. C. 510–519.
- Зацепин А.Г., Кондрашов А.А., Корж А.О., 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.
- Зацепин А.Г., Пиотух В.Б., Корж А.О., Куклева О.Н., Соловьев Д.М. Изменчивость поля течений в прибрежной зоне Черного моря по измерениям донной станции ADCP // Океанология. 2012. Т. 52. № 5. С. 629–642.
- Зацепин А.Г., Островский А.Г., Кременецкий В.В., Низов С.C., Пиотух В.Б., Соловьев В.А., Швоев Д.А., Цибульский А.Л., Куклев С.Б., Куклева О.Н., Москаленко Л.В., Подымов О.И., Баранов В.И., Кондрашов А.А., Корж А.О., Кубряков А.А., Соловьев Д.М., Станичный С.В. Подспутниковый полигон для изучения гидрофизических процессов в шельфово-склоновой зоне Черного моря // Физика атмосферы и океана. 2014. № 1. С. 16–29.
- Ивонин Д.В., Телегин В.А., Азаров А.И., Ермошкин А.В., Баханов В.В. Определение вектора скорости течения по измерениям навигационного радара с широкой диаграммой направленности антенны // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2011. Т. 8. № 4. C. 219–227.
- Ивонин Д.В., Мысленков С.А., Чернышов П.В., Архипкин В.С., Телегин В.А, Куклев С.Б., Чернышова А.Ю., Пономарев А.И. Система мониторинга ветрового волнения в прибрежной зоне Черного моря на основе радиолокации, прямых наблюдений и моделирования: первые результаты // Проблемы региональной экологии. 2013. № 4. С. 172–183.
- Ивонин Д.В., Чернышов П.В., Куклев С.Б., Мысленков С.А. (2016а) Предварительные результаты сравнения измерений вектора скорости течения навигационным радаром Х-диапазона и донной станцией ADCP // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 53–66.
- Ивонин Д.В., Телегин В.А., Чернышов П.В., Мысленков С.А., Куклев С.Б. (2016б) Возможности радиолокационных навигационных систем X-диапазона для мониторинга прибрежного ветрового волнения // Океанология. 2016. Т. 56. № 4. С. 647–658.
- Калашникова Н.А., Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Серебряный А.Н. Влияние вихревых структур на распространение загрязнений в прибрежной зоне // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 3. С. 228–240.
- 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.
- Марчук Г.И., Патон Б.Е., Коротаев Г.К., Залесный В.Б. Информационно-вычислительные технологии: новый этап развития оперативной океанографии // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49. № 6. С. 629–642.
- Мысленков С.А., Зацепин А.Г., Сильвестрова К.П., Баранов В.И. Использование дрейфующих буев и буксируемого профилографа для исследования течений на шельфе // Вестн. Моск. ун-та. Серия 5: География. 2014. № 6. С. 73–80.
- Островский А.Г., Зацепин А.Г., Соловьев В.А., Цибульский А.Л., Швоев Д.А. Автономный мобильный аппаратно-программный комплекс вертикального зондирования морской среды на заякоренной буйковой станции // Океанология. 2013. Т. 53. № 2. C. 259–268.
- Сильвестрова К.П., Мысленков С.А., Зацепин А.Г., Краюшкин Е.В., Баранов В.И., Самсонов Т.Е., Куклев С.Б. Возможности использования GPS-дрифтеров для исследования течений на шельфе Черного моря // Океанология. 2016. Т. 56. № 1. С. 159–166.
- Barrick D.E., Evens M.W., Weber B.L. Ocean surface currents mapped by radar // Science. 1977. Vol. 198. Issue 4313. P. 138–144.
- Fujii S., Heron M.L., Kim K., Lai J.-W., Lee S.-H., Wu X., Wu X., Wyatt L.R., Yang W.-C. An overview of developments and applications of oceanographic radar networks in Asia and Oceania countries // Ocean Science J. 2013. Vol. 48. No. 1. P. 69–97.
- Ivonin D.V., Broche P., Devenon J.L., Shrira V.I. Validation of HF radar probing of the vertical shear of surface currents by ADCP measurements // J. Geophysical Research. 2004. Vol. 109. Issue C4. P. 1–8.
- Ivonin D.V., Telegin V.A., Bakhanov V.V., Ermoshkin A.V., Azarov A.I. Sample application of a low-cost X-band monitoring system of surface currents at the Black Sea shore // Russian J. Earth Sciences. 2011. Vol. 12. P. 1–8. ES2003. DOI: 10.2205/2011ES000507.
- Lynch D.R., Holboke M.J., Naimie C.E. The Maine coastal current: spring climatological circulation // Continental Shelf Research. 1997. Vol. 17. Issue 6. P. 605–634.
- Korotaev G.K., Saenko O.A., Koblinsky C.J. Satellite altimetry observations of the Black Sea level // J. Geophysical Research. 2001. Vol. 106. Issue. C4. P. 917–933.
- Kubryakov A.A., Stanichny S.V., Zatsepin A.G., Kremenetskiy V.V. Long-term variations of the Black Sea dynamics and their impact on the marine ecosystem // J. Marine Systems. 2016. Vol. 163. P. 80–94.
- Paduan J.D., Kim K.C., Cook M.S. Chávez F.P. Calibration and validation of direction-finding HighFrequency radar ocean surface current observations // IEEE J. Oceanic Engineering. 2006. Vol. 31. No. 4. P. 862–875.