Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 7. С. 141-152
Анализ изменчивости сигнала обратного акустического рассеяния по данным ADCP и спутниковых наблюдений в северо-восточной части Чёрного моря
В.Б. Пиотух
1 , С.А. Мысленков
2, 1 , А.Г. Зацепин
1 , А.Г. Александрова
1 , Д.М. Соловьев
3, 1 1 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
3 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
Одобрена к печати: 19.11.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-7-141-152
В статье приводится анализ изменчивости интенсивности сигнала обратного акустического рассеяния на донной станции ADCP, установленной в 2011–2012 гг. на гидрофизическом полигоне ИО РАН. Данные ADCP прошли амплитудную калибровку, позволяющую минимизировать факторы изменения расстояния до датчика и ослабления сигнала морской водой. Всего за исследуемый период было выделено 37 событий резкого увеличения интенсивности эхо-сигнала. В качестве основных факторов, влияющих на интенсивность эхо-сигнала, рассматривались: ветровое волнение, осадки, речной сток, пузырьки воздуха и цветение фитопланктона. Проведено сопоставление параметров ветровых волн, рассчитанных при помощи волновой модели SWAN, с изменением интенсивности эхо-сигнала. Выявлено, что при высоте значительных волн более 1 м, как правило, наблюдается увеличение интенсивности эхо-сигнала, что связано с взмучиванием донных отложений при обрушении волн на мелководье. Обнаружено, что в районе исследований в 60 % случаев увеличение интенсивности рассеяния связано с ветровым волнением. Часть локальных максимумов эхо-сигнала в верхнем слое вод связана с присутствием пузырьков воздуха при воздействии сильного ветра (новороссийской боры или сильных штормов с южных румбов). Наиболее продолжительный период увеличения интенсивности эхо-сигнала связан с цветением кокколитофорид. Остальные случаи связаны со стоком рек и осадками.
Ключевые слова: обратное акустическое рассеяние, эхо-сигнал, ADCP, Чёрное море, ветровое волнение
Полный текстСписок литературы:
- Архипкин В. С., Добролюбов С. А., Мухаметов С. С., Недоспасов А. А., Самборский Т. В., Самсонов Т. Е., Серебренникова Е. А., Суркова Г. В. Экстремальный дождевой паводок в бассейне р. Ашамба и его влияние на рельеф дна и структуру вод моря в районе г. Геленджик // Вестник МГУ. Сер. 5: «География». 2013. № 3. С. 27–34.
- Гавриков А. В., Иванов А. Ю. Аномально сильная бора на Черном море: наблюдение из космоса и численное моделирование // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51. № 5. С. 615–626.
- Завьялов П. О., Маккавеев П. Н., Коновалов Б. В., Осадчиев А. А., Хлебопашев П. В., Пелевин В. В., Грабовский А. Б., Ижицкий А. С., Гончаренко И. В., Соловьев Д. М., Полухин А. А. Гидрофизические и гидрохимические характеристики морских акваторий у устьев малых рек российского побережья Черного моря // Океанология. 2014. Т. 54. № 3. С. 293.
- 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., Пиотух В. Б., Куклев С. Б., Москаленко Л. В., Подымов О. И., Баранов В. И., Корж А. О., Станичный С. В. О природе короткопериодных колебаний основного черноморского пикноклина, субмезомасштабных вихрях и реакции морской среды на катастрофический ливень 2012 г. // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. № 6. С. 717–732.
- Клювиткин А. А., Островский А. Г., Новигатский А. Н., Лисицын А. П. Мультидисциплинарный эксперимент по изучению короткопериодной изменчивости осадочного процесса в северо-восточной части Черного моря // Докл. Академии наук. 2016. Т. 469. № 3. С. 356–360.
- Кременчуцкий Д. А., Кубряков A. А., Завьялов П. О. Станичный С. В., Алескерова А. А. Определение концентрации взвешенного вещества в Чёрном море по данным спутника MODIS // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2014. № 29. С. 5–9.
- Крыленко В. В., Косьян Р. Д., Крыленко М. В., Подымов И. С. Поступление твердого материала в прибрежную зону в районе г. Геленджика в результате экстремального ливня // Океанология. 2014. Т. 54. № 1. С. 97.
- Морозов А. Н., Лемешко Е. М., Федоров С. В. Звукорассеивающие слои Черного моря по данным ADCP-наблюдений // Акустический журн. 2017. Т. 63. № 5. С. 513–522.
- Мысленков С. А. О влиянии локального ветрового воздействия на высоту волн в Цемесской бухте Черного моря // Международ. научно-исследовательский журн. 2017. № 7–2(61). С. 42–47.
- Пиотух В. Б., Баранов В. И., Куклев С. Б., Подымов О. И. Результаты тестового эксперимента по сопоставлению данных измерений трех близкорасположенных донных станций ADCP // Океанология. 2016. Т. 56. № 3. С. 1–14.
- Пиотух В. Б., Зацепин А. Г., Куклев С. Б. Амплитудная калибровка сигнала обратного акустического рассеяния донного ADCP по длинным рядам измерений // Океанология. 2017. Т. 57. № 3. С. 503–513.
- Сухинов А. И., Черчаго А. А. Оценка концентрации взвешенных частиц с использованием акустического обратного рассеяния ADCP-зонда // Известия ЮФУ. Технические науки. 2009. № 8(97). С. 37–42.
- Gruber P., Felix D., Storti G., Lattuada M., Fleckenstein P., Deschwanden F. Acoustic measuring techniques for suspended sediment // IOP Conf. Series: Earth Environmental Science. 2016. V. 49. P. 122003.
- Hanson J. Winds, waves, and bubbles at the air-sea boundary // Johns Hopkins APL Technical Digest. 1993. V. 14. No. 3. P. 200–208.
- Jourdin F., Tessier C., Le Hir P., Verney R., Lunven M., Loyer S., Lusven A., Filipot J., Lepesqueur J. Dual-frequency ADCPs measuring turbidity // Geo-Marine Letters. 2014. V. 34. P. 381–397.
- Li R. R., Kaufman Y. J., Gao B., Davis C. O. Remote sensing of suspended sediments and shallow coastal waters // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2003. V. 41. No. 3. P. 559–566.
- Lohrmann A. Monitoring sediment concentration with acoustic backscattering instruments // Nortek Technical Note. 2001. No. 003. 5 p. URL: http://www.nortek-as.com/lib/technical-notes/seditments.
- Myslenkov S., Chernyshova A. Comparing wave heights simulated in the Black Sea by the SWAN model with satellite data and direct wave measurements // Russian J. Earth Sciences. 2016. V. 16. No. 5. P. 1–12.
- Osadchiev A., Korshenko E. Small river plumes off the northeastern coast of the Black Sea under average climatic and flooding discharge conditions // Ocean Science. 2017. V. 13. P. 465–482.
- Toropov P. A., Myslenkov S. A., Shestakova A. A. Numerical simulation of Novorossiysk bora and related wind waves using the WRF-ARW and SWAN models // Russian J. Earth Sciences. 2012. V. 12. No. 6. P. 1–7.
- Zhang M., Tang J., Dong Q., Song Q., Ding J. Retrieval of total suspended matter concentration in the Yellow and East China Seas from MODIS imagery // Remote Sensing of Environment. 2010. V. 114. No. 2. P. 392–403.