Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 5. С. 235-245
Применение БПЛА-измерений для оценки динамики прикромочной ледовой зоны в Карском море
В.Р. Жук
1 , И.Е. Козлов
1 , А.А. Кубряков
1 , Д.М. Соловьев
1 , А.А. Осадчиев
2, 3 , Н.Б. Степанова
2, 3 1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
2 Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
3 Московский физико-технический институт (НИУ), Долгопрудный, Московская обл., Россия
Одобрена к печати: 03.10.2022
DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-235-245
На основе совместного анализа измерений беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА), а также контактных измерений выполнена оценка мелкомасштабной и субмезомасштабной динамики прикромочной ледовой зоны (ПЛЗ) в двух районах Карского моря. Измерения проводились на двух ледовых полигонах, расположенных в восточной части Карского моря, в августе 2021 г. в рамках 58 го рейса НИС «Академик Иоффе». В этих районах глубины опреснённого слоя варьировались от 0,5 до 2,5 м. Анализ приповерхностных измерений солёности, выполненных по ходу движения судна, показал выраженное меандрирование опреснённых областей, которое связано с неравномерным таянием льда. С помощью спутниковых РСА наблюдений идентифицированы вихревые структуры в ПЛЗ, а также кратко описана её эволюция. Продемонстрированы возможности применения серийных БПЛА для исследования мелкомасштабной динамики ПЛЗ. На одном из полигонов в поле дрейфующего льда обнаружен выраженный антициклонический вихрь. Рассчитанные по данным БПЛА-измерений значения модуля скорости льда в антициклоне достигали 0,7 м/с и были обусловлены в первую очередь динамикой верхнего слоя океана, а не ветровым воздействием. Анализ кинематических характеристик дрейфа льда по данным БПЛА и измерений ветра на станциях показал ключевую роль агеострофической компоненты в поле скорости ледового дрейфа.
Ключевые слова: дрейф льда, мелкомасштабная изменчивость, субмезомасштабная динамика океана, прикромочная ледовая зона, беспилотные летательные аппараты, спутниковая радиолокация морской поверхности, Карское море, Северный Ледовитый океан
Полный текстСписок литературы:
- Артамонова А. В., Козлов И. Е., Зимин А. В. Характеристики вихрей в Чукотском море и море Бофорта по данным спутниковых радиолокационных наблюдений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 203–210. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-1-203-210.
- Коник А. А., Зимин А. В., Атаджанова О. А. Количественные оценки изменчивости характеристик температуры поверхности моря в районе фронтальных зон Карского моря // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12. № 1. C. 54–61. DOI: 10.7868/S2073667319010076.
- Кубряков А. А., Лишаев П. Н., Чепыженко А. И., Алескерова А. А., Кубрякова Е. А., Медведева А. В., Станичный С. В. Влияние субмезомасштабных вихрей на перенос взвешенного вещества в прибрежной зоне Крыма по данным БПЛА, спутниковых и контактных измерений // Океанология. 2021. Т. 61. № 2. C. 182–197. DOI: 10.31857/S0030157421020106.
- Кускова Е. Г., Осадчиев А. А., Фрей Д. И., Степанова Н. Б. Влияние таяния морского льда на формирование поверхностного опреснения в Карском море // 10-я Международ. научно-практ. конф. «Морские исследования и образование»: сб. тр. Тверь, 25–29 окт. 2021. Тверь: ООО «ПолиПРЕСС», 2021. С. 242–246.
- Марченко А. В., Дианский Н. А., Онищенко Д. А., Чумаков М. М., Никитин М. А., Фомин В. В., Марченко Н. А. Исследование дрейфа льда и эволюции консолидированного слоя торосов в северо-западном регионе Баренцева моря // Тр. Гидрометеоролог. научно-исслед. центра Российской Федерации. 2016. № 361. С. 231–260.
- Новиков Б. А., Кубряков А. А., Федоров С. В. Восстановление батиметрии по данным бортовой камеры БПЛА в прибрежной акватории Черного моря // Всерос. науч. конф. «Моря России: Год науки и технологий в РФ — Десятилетие наук об океане ООН»: сб. тез. Севастополь, 20–24 сент. 2021. Севастополь: Морской гидрофиз. ин-т РАН, 2021. С. 289–290.
- Панкеева Т. В., Миронова Н. В., Новиков Б. А. Опыт картографирования донной растительности (на примере бухты Ласпи, Чёрное море) // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2020. Т. 6. № 4. С. 154–169. DOI: 10.37279/2309-7663-2020-6-2-154-169.
- 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. DOI: 10.22449/1573-160X-2017-2-75-83.
- Bekryaev R., Polyakov I., Alexeev V. Role of polar amplification in long-term surface air temperature variations and modern Arctic warming // J. Climate. 2010. V. 23. P. 3888–3906. DOI: 10.1175/2010JCLI3297.1.
- Bergsma E., Almar R., Almeida L. P., Sall M. On the operational use of UAVs for video-derived bathymetry // Coastal Engineering. 2019. V. 152(103527). DOI: 10.1016/j.coastaleng.2019.103527.
- Cole S. T., Toole J. M., Lele R., Timmermans M.-L., Gallaher S. G., Stanton T. P., Shaw W. J., Hwang B., Maksym T., Wilkinson J. P., Ortiz M., Graber H., Rainville L., Petty A. A., Farrell S. L., Richter-Menge J. A., Haas C. Ice and ocean velocity in the Arctic marginal ice zone: Ice roughness and momentum transfer // Elementa Science of the Anthropocene. 2017. V. 5. No. 55. DOI: 10.1525/elementa.241.
- Kozlov I. E., Atadzhanova O. A. Eddies in the marginal ice zone of Fram Strait and Svalbard from spaceborne SAR observations in winter // Remote Sensing. 2022. V. 14. Art. No. 134. 19 p. DOI: 10.3390/rs14010134.
- 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. P. 6601–6616. DOI: 10.1029/2019JC015113.
- Kozlov I. E., Plotnikov E., Manucharyan G. Brief Communication: Mesoscale and submesoscale dynamics in the marginal ice zone from sequential synthetic aperture radar observations // The Cryosphere. 2020. V. 14. P. 2941–2947. DOI: 10.5194/tc-14-2941-2020.
- Lopez-Acosta R., Schodlok M. P., Wilhelmus M. M. Ice Floe Tracker: An algorithm to automatically retrieve Lagrangian trajectories via feature matching from moderate-resolution visual imagery // Remote Sensing of Environment. 2019. V. 234(111406). DOI: 10.1016/j.rse.2019.111406.
- Manucharyan G. E., Thompson A. F. Submesoscale sea ice‐ocean interactions in marginal ice zones // J. Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. P. 9455–9475. DOI: 10.1002/2017JC012895.
- Manucharyan G. E., Lopez Acosta R., Wilhelmus M. M. Spinning ice floes reveal intensification of mesoscale eddies in the western Arctic Ocean // Scientific Reports. 2022. V. 12. No. 7070. DOI: 10.1038/s41598-022-10712-z.
- Olason E., Notz D. Drivers of variability in Arctic sea-ice drift speed. // J. Geophysical Research: Oceans. 2014. V. 119. P. 5755–5775. DOI: 10.1002/2014JC009897.
- Selivanova J., Verezemskaya P., Tilinina N., Gulev S., Dobrolyubov S. The importance of the sea ice marginal zone for the surface turbulent heat fluxes in Arctic on the basis of NCEP CFSR reanalysis // Russian J. Earth Sciences. 2021. V. 21(ES2003). DOI: 10.2205/2020ES000744.
- Spreen G., Kwok R., Menemenlis D. Trends in Arctic Sea ice drift and role of wind forcing: 1992–2009 // Geophysical Research Letters. 2011. V. 38. Iss. 19. Art. No. L19501. DOI: 10.1029/2011GL048970.
- Toyota T., Haas C., Tamura T. Size distribution and shape properties of relatively small sea-ice floes in the Antarctic marginal ice zone in late winter // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 2011. V. 58(9–10). P. 1182–1193. DOI: 10.1016/j.dsr2.2010.10.034.
- Wang M., König M., Oppelt N. Partial Shape Recognition for Sea Ice Motion Retrieval in the Marginal Ice Zone from Sentinel-1 and Sentinel-2 // Remote Sensing. 2021. V. 13(21). Art. No. 4473. DOI: 10.3390/rs13214473.
- Yurovsky Y. Y., Kubryakov A. A., Plotnikov E. V., Lishaev P. N. Submesoscale Currents from UAV: An Experiment over Small-Scale Eddies in the Coastal Black Sea // Remote Sensing. 2022. V. 14. Art. No. 3364. DOI: 10.3390/rs14143364.