Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 5. С. 285-303
Пространственно-временная изменчивость плюмов рек Терек и Сулак по спутниковым данным и синхронным натурным измерениям
К.Р. Назирова
1 , О.Ю. Лаврова
1 , Я.О. Алферьева
2 , Н.А. Князев
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва, Россия
Одобрена к печати: 18.10.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-5-285-303
Статья посвящена исследованию пространственно-временной изменчивости плюмов рек Терек и Сулак, впадающих в Каспийское море, и определению трёхмерной структуры этих плюмов, на основе совместного анализа спутниковых данных и синхронных подспутниковых измерений in situ. В качестве спутниковой информации использовались данные видимого диапазона высокого пространственного разрешения сенсоров MSI (англ. MultiSpectral Instrument) Sentinel 2 и OLI/OLI-2 (англ. Operational Land Imager) Landsat-8, -9. Синхронные со спутниковой съёмкой измерения in situ основных параметров плюмов были проведены в июне 2023 г. с маломерного судна. В результате спутникового мониторинга приустьевых зон рек Терек и Сулак за период с 2014–2022 гг. было определено, что 73 км береговой черты побережья Дагестана севернее г. Махачкалы потенциально подвержены загрязнению, попадающему в море с водами этих рек. Анализ полученных спутниковых изображений показал, что наблюдается ярко выраженная пространственная асимметрия в направлении распространения выносов рек. Для обеих рек на большом временном интервале существует доминирующее направление распространения, а именно юго-восточное. Была выявлена сезонная изменчивость проявления на спутниковых изображениях плюмов рек Терек и Сулак. На основе спутниковых данных и синхронных подспутниковых измерений in situ в июне 2023 г. была получена трёхмерная структура плюмов рек Терек и Сулак и определено пространственное распределение основных параметров: температуры, солёности, мутности и концентрации хлорофилла а. Было установлено, что глубина проникновения речных вод не превышает 1,5–2 м и, несмотря на количество взвешенного вещества, выносимого с речным стоком, и расхода реки, основная масса взвеси аккумулируется в одной и той же локализованной области, примерно в 500 м от берега. На основе рентгенофазового анализа проб воды, отобранных на ближайших к устьям станциях и на границах плюмов, был определён минеральный состав взвеси и его изменение в различных областях плюмов. Неоднократное совпадение границ области влияния речных вод, установленных по спутниковых данным и измеренных in situ, позволяет с уверенностью использовать методы дистанционного зондирования для мониторинга приустьевых районов без привлечения натурных данных.
Ключевые слова: речные плюмы, мутность воды, концентрация взвешенного вещества, минеральный состав взвеси, спутниковые данные видимого диапазона, измерения in situ, MSI Sentinel 2, OLI/OLI-2 Landsat-8, -9, Каспийское море, Терек, Сулак
Полный текстСписок литературы:
- Айбулатов Н. А., Завьялов П. О., Пелевин В. В. Особенности гидрофизического самоочищения российской прибрежной зоны Черного моря близ устьев рек // Геоэкология. 2008. № 4. С. 301–310.
- Журбас В. М., Завьялов П. О., Свиридов А. С., Лыжков Д. А., Андрулионис Е. Е. О переносе стока малых рек вдольбереговым бароклинным морским течением // Океанология. 2011. Т. 51. № 3. С. 440–449.
- Завьялов П. О., Маккавеев П. Н., Коновалов Б. В. и др. Гидрофизические и гидрохимические характеристики морских акваторий у устьев малых рек российского побережья Черного моря // Океанология. 2014. Т. 54. № 3. С. 293–308. DOI: 10.7868/S0030157414030150.
- Иванов В. А., Ильин Ю. П. Атмосферные и гидрологические условия, способствующие распространению речных вод в северо-западной части Черного моря // Комплекс. эколог. исслед. Черного моря. Севастополь: МГИ НАН Украины, 1995. С. 68–81.
- Короткина О. А., Завьялов П. О., Осадчиев А. А. Субмезомасштабная изменчивость полей течения и ветра в прибрежной акватории Сочи // Океанология. 2011. Т. 51. № 5. С. 797–806.
- Кравцова В. И., Митькиных Н. С. Устья рек России. Атлас космических снимков / под ред. В. Н. Михайлова. М.: Науч. мир, 2013. 124 с.
- Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Уваров И. А., Лупян E. А. Текущие возможности и опыт использования информационной системы See the Sea для изучения и мониторинга явлений и процессов на морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 266–287. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-3-266-287.
- Лаврова О. Ю., Назирова К. Р., Алферьева Я. О. и др. Сопоставление параметров плюмов рек Сулак и Терек на основе спутниковых данных и измерений in situ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 5. С. 264–283. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-5-264-283.
- Лаврова О. Ю., Назирова К. Р., Алферьева Я. О. и др. Изменение параметров плюма реки Сулак после схода селевых потоков в горах Дагестана // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 3. С. 323–329. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-3-323-329.
- Назирова К. Р., Лаврова О. Ю., Краюшкин Е. В. и др. Особенности выявления параметров речного плюма контактными и дистанционными методами // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 2. С. 227–243. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-2-227-243.
- Осадчиев А. А., Барымова А. А., Седаков Р. О. и др. Гидрофизическая структура и динамика течения плюма реки Кодор // Океанология. 2021. Т. 61. № 1. С. 5–20. DOI: 10.31857/S0030157421010159.
- Симонов А. И. Гидрология и гидрохимия устьевого взморья в морях без приливов. М.: Гидрометеоиздат, 1969. 230 с.
- Cai L., Tang D., Li X. et al. Remote sensing of spatial-temporal distribution of suspended sediment and analysis of related environmental factors in Hangzhou Bay, China // Remote Sensing Letters. 2015. V. 6(8). P. 597–603. https://doi.org/10.1080/2150704X.2015.1062158.
- Clark J. B., Mannino A. The Impacts of Freshwater Input and Surface Wind Velocity on the Strength and Extent of a Large High Latitude River Plume // Frontiers in Marine Science. 2022. V. 8. Article 793217. DOI: 10.3389/fmars.2021.793217.
- Devlin M. J., Petus C., da Silva E. et al. Water Quality and River Plume Monitoring in the Great Barrier Reef: An Overview of Methods Based on Ocean Colour Satellite Data // Remote Sensing. 2015. V. 7. P. 12909–12941. https://doi.org/10.3390/rs71012909.
- Estourne С., Kondrachoff V., Marsaleix P., Vehil R. The plume of the Rhône: numerical simulation and remote sensing // Continental Shelf Research. 1997. V. 17(8). P. 899–924. DOI: 10.1016/S0278-4343(96)00064-7.
- Horner-Devine A. R., Hetland R. D., MacDonald D. G. Mixing and transport in coastal river plumes // Annual Review of Fluid Mechanics. 2015. V. 47. P. 569–594. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-010313-141408.
- Lavrova O., Nazirova K., Soloviev D. Internal Waves on River Plumes // IGARSS 2018. IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. 2018. P. 7937–7940. DOI: 10.1109/IGARSS.2018.8517318.
- Nash J., Moum J. River plumes as a source of large-amplitude internal waves in the coastal ocean // Nature. 2005. V. 437. P. 400–403. https://doi.org/10.1038/nature03936.
- Nazirova K., Alferyeva Y., Lavrova O. et al. Comparison of in situ and Remote-Sensing Methods to Determine Turbidity and Concentration of Suspended Matter in the Estuary Zone of the Mzymta River, Black Sea // Remote Sensing. 2021. V. 13. Article 143. https://doi.org/10.3390/ rs13010143.
- O’Donnell J., Marmorino G. O., Trump C. L. Convergence and downwelling at a river plume front // J. Physical Oceanography. 1998. V. 28. P. 1481–1495.
- Osadchiev A. A. Estimation of river discharge based on remote sensing of a river plume // Proc. SPIE. Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions. 2015. V. 9638. Article 96380H. http://dx.doi.org/10.1117/12.2192672.
- Park K. Columbia river plume identification by specific alkalinity // Limnology and Oceanography. 1966. V. 11. No. 1. P. 118–120. DOI: 10.4319/lo.1966.11.1.0118.