Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 3. С. 178-186
Динамика вихрей в Арктике по данным квазисинхронных спутниковых РСА-измерений Sentinel-1
И.Е. Козлов
1 , Е.В. Плотников
1 1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
Одобрена к печати: 04.03.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-178-186
В настоящей работе продемонстрированы новые возможности по использованию квазисинхронных спутниковых измерений радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) Sentinel-1A/B для определения горизонтальной скорости течений и орбитальной скорости вращения вихрей на акватории Северного Ледовитого океана. Новизна работы обусловлена запуском в 2014–2016 гг. полярно-орбитальных спутников Sentinel-1A и Sentinel-1B, частота измерений которых в Арктике достигает 2–4 раз в сутки с разницей по времени между ближайшими съёмками в 40–50 мин. На основе использования метода максимальной кросс-корреляции для пары изображений Sentinel-1 в прикромочной ледовой зоне пролива Фрама рассчитано поле горизонтальной скорости течений, в котором отчётливо идентифицируются вихревые образования различного размера и знака вращения. Общая геометрия полученного поля течений хорошо соответствует наблюдаемым в радиолокационных изображениях структурам. Средние значения орбитальной скорости вихрей составили 0,4–0,5 м/c, что соответствует результатам натурных измерений, выполненных в этом районе ранее. Представленная в работе методология анализа спутниковых РСА-данных может служить основой для исследования динамических процессов верхнего слоя Северного Ледовитого океана как в субмезомасштабном интервале пространственно-временной изменчивости, так и на больших масштабах.
Ключевые слова: океанские вихри, орбитальная скорость вихрей, спутниковые радиолокационные изображения, пролив Фрама, прикромочная ледовая зона, Северный Ледовитый океан, Арктика
Полный текстСписок литературы:
- Afanasyev Y. D., Kostianoy A. G., Zatsepin A. G., Poulain P.-M. Analysis of velocity field in the eastern Black Sea from satellite data during the Black Sea’99 experiment // J. Geophysical Research: Oceans. 2002. V. 107. No. C8. P. 1–7.
- Atadzhanova O. A., Zimin A. V., Romanenkov D. A., Kozlov I. E. Satellite radar observations of small eddies in the White, Barents and Kara Seas // Physical Oceanography. 2017. V. 2. P. 75–83.
- Bourke R. H., Tunnicliffe M. D., Newton J. L., Paquette R. G., Manley T. O. Eddy near the Molloy Deep revisited // J. Geophysical Research: Oceans. 1987. V. 92. No. C7. P. 6773–6776.
- Chen W. Nonlinear inverse model for velocity estimation from an image sequence // J. Geophysical Research. 2011. V. 116. No. C6.
- Emery W. J., Thomas A. C., Collins M. J., Crawford W. R., Mackas D. L. An objective method for computing advective surface velocities from sequential infrared satellite images // J. Geophysical Research: Oceans. 1986. V. 91. No. C11. P. 12865–12878.
- Iakovlev N. G. Arctic Ocean modeling: the consistent physics on the path to the high spatial resolution // The Ocean in Motion. Cham: Springer, 2018. P. 559–567.
- Ivanov V. V., Alexeev V. A., Repina I., Koldunov N. V., Smirnov A. Tracing Atlantic water signature in the Arctic sea ice cover east of Svalbard // Advances in Meteorology. 2012. V. 2012(201818).
- Johannessen J. A., Johannessen O. M., Svendsen E., Shuchman R., Manley T., Campbell W. J., Josberger E. G., Sandven S., Gascard J. C., Olaussen T., Davidson K., Van Leer J. Mesoscale eddies in the Fram Strait marginal ice zone during the 1983 and 1984 Marginal Ice Zone Experiments // J. Geophysical Research: Oceans. 1987. V. 92. No. C7. P. 6754–6772.
- Johannessen J. A., Kudryavtsev V., Akimov D., Eldevik T., Winther N., Chapron B. On radar imaging of current features: 2. Mesoscale eddy and current front detection // J. Geophysical Research: Oceans. 2005. V. 110. No. C7.
- Karimova S. S. Spiral eddies in the Baltic, Black and Caspian seas as seen by satellite radar data // Advances in Space Research. 2012. V. 50. No. 8. P. 1107–1124.
- Korotaev G. K., Huot E., Le Dimet F. X., Herlin I., Stanichny S. V., Solovyev D. M., Wu L. Retrieving ocean surface current by 4-D variational assimilation of sea surface temperature images // Remote Sensing of Environment. 2008. V. 112. No. 4. P. 1464–1475.
- Kozlov I. E., Kudryavtsev V. N., Johannessen J. A., Chapron B., Dailidiene I., Myasoedov A. G. ASAR imaging for coastal upwelling in the Baltic Sea // Advances in Space Research. 2012. V. 50. P. 1125–1137.
- Kozlov I., Kudryavtsev V., Zubkova E., Atadzhanova O., Zimin A., Romanenkov D., Myasoedov A., Chapron B. SAR observations of internal waves in the Russian Arctic seas // Proc. IGARSS. Milan, 2015. P. 947–949.
- Kozlov I. E., Zubkova E. V., Kudryavtsev V. N. Internal solitary waves in the Laptev Sea: first results of spaceborne SAR observations // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2017. V. 14. No. 11. P. 2047–2051.
- Kozlov I. E., Artamonova A. V., Manucharyan G. E., Kubryakov A. A. Eddies in the Western Arctic Ocean from spaceborne SAR observations over open ocean and marginal ice zones // J. Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124. Iss. 9. P. 6601–6616.
- Kudryavtsev V. N., Kozlov I. E., Chapron B., Johannessen J. A. Quad-polarization SAR features of ocean currents // J. Geophysical Research: Oceans. 2014. V. 119. No. 9. P. 6046–6065.
- Lavrova O., Mityagina M. Satellite Survey of internal waves in the Black and Caspian Seas // Remote Sensing. 2017. V. 9. No. 9. 892 p.
- Lim J. S. Two-dimensional Signal and Image Processing. New Jersey: Prentice Hall, 1990. 710 p.
- Mensa J. A., Timmermans M.-L., Kozlov I. E., Williams W. J., Özgökmen T. Surface drifter observations from the Arctic Ocean’s Beaufort Sea: Evidence for submesoscale dynamics // J. Geophysical Research: Oceans. 2018. V. 123. No. 4. P. 2635–2645.
- Miranda N., Meadows P. J. Radiometric Calibration of S-1 Level-1 Products Generated by the S-1 IPF. Technical Note ESA-EOPG-CSCOP-TN-0002. European Space Agency, 2015. 13 p.
- 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 // Intern. J. Remote Sensing. 2010. V. 31. No. 17–18. P. 4779–4790.
- Morozov E. G., Kozlov I. E., Shchuka S. A., Frey D. I. Internal tide in the Kara Gates Strait // Oceanology. 2017. V. 57. No. 1. P. 8–18.
- Qazi W. A., Emery W. J., Fox-Kemper B. Computing ocean surface currents over the coastal California current system using 30-min-lag sequential SAR images // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2014. V. 52. P. 7559–7580.
- Smith D. C., Morison J. H., Johannessen J. A., Untersteiner N. Topographic generation of an eddy at the edge of the East Greenland Current // J. Geophysical Research: Oceans. 1984. V. 89. No. C5. P. 8205–8208.
- Von Appen W. J., Wekerle C., Hehemann L., Schourup-Kristensen V., Konrad C., Iversen M. H. Observations of a submesoscale cyclonic filament in the marginal ice zone // Geophysical Research Letters. 2018. V. 45. No. 12. P. 6141–6149.
- Wadhams P., Squire V. A. An ice-water vortex at the edge of the East Greenland Current // J. Geophysical Research. 1983. V. 88. No. C5. P. 2770–2780.
- Zimin A. V., Kozlov I. E., Atadzhanova O. A., Chapron B. Monitoring short-period internal waves in the White Sea // Izvestia, Atmospheric and Oceanic Physics. 2016. V. 52. No. 9. P. 951–960.