Журнал

О журнале Новости Редколлегия Информация для авторов и рецензентов Публикационная этика Дискуссия Контакты ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:
отправка и рецензирование статей
Архив
Том 21, 2024
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 20, 2023
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 19, 2022
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 18, 2021
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 17, 2020
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 16, 2019 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 15, 2018 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 14, 2017 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6 Номер 7
Том 13, 2016 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 12, 2015 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5 Номер 6
Том 11, 2014 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 10, 2013 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 9, 2012 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4 Номер 5
Том 8, 2011 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Том 7, 2010 г.
Номер 1 Номер 2 Номер 3 Номер 4
Выпуск 6, 2009 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 5, 2008 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 4, 2007 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 3, 2006 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 2, 2005 г.
Том 1 Том 2
Выпуск 1, 2004 г.
Том 1
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
подписаться отписаться
English version
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 5. С. 288-305

Возможности спутникового радиолокационного наблюдения плюмов речных и лагунных вод в юго-восточной части Балтийского моря

М.И. Митягина 1 , О.Ю. Лаврова 1 
1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 06.10.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-5-288-305
Рассмотрены особенности проявления на спутниковых радиолокационных изображениях (РЛИ) морской поверхности распреснённых плюмов, образованных вытоком р. Вислы и выносами вод Калининградского и Куршского заливов в юго-восточной части Балтийского моря. Экспериментальной основой исследования послужил массив спутниковых данных, полученных для этих трёх районов за двухлетний период с 1 мая 2022 г. по 30 апреля 2024 г. при помощи радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) C-SAR спутника Sentinel-1. Для повышения достоверности полученных результатов к исследованию привлекались данные многоспектральных сенсоров оптического диапазона — MSI (англ. Multispectral Instrument) спутников Sentinel-2A, -2B и сканирующего радиометра OLI (англ. Operational Land Imager) спутников Landsat-8, -9, накопленные за тот же период времени. На спутниковых изображениях проанализированы проявления плюмов распреснённых вод, отличающиеся разнообразием морфологических форм. На основе обобщения результатов проведённого анализа выявлены и описаны четыре основных механизма визуализации плюмов на РЛИ поверхности Балтийского моря: плюмы с выраженной границей, видимой как линия резкого усиления обратно-рассеянного сигнала; плюмы, граница которых очерчена сликами; области плавного усиления/ослабления радиолокационного сигнала в плюме без формирования выраженного фронта; проявление плюма за счёт трассеров, таких как лёд/скопление биогенных плёнок. Получены оценки относительного вклада этих механизмов в формирование радиолокационных сигнатур плюмов в каждом из трёх тестовых районов. Обсуждается вопрос о точности определения площади плюма на основе данных различных спутниковых сенсоров. Подчёркивается важность привлечения данных спутниковых РСА для получения детальных сведений о пространственной изменчивости распространения речных и лагунных вод в тестовых акваториях.
Ключевые слова: спутниковое дистанционное зондирование, морская поверхность, спутниковая радиолокация, РСА, спутниковые данные оптического диапазона, выносы рек, плюм распреснённых вод, поверхностные плёнки, Балтийское море
Полный текст

Список литературы:

  1. Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972, 424 с.
  2. Булатов М. Г., Кравцов Ю. А., Лаврова О. Ю. и др. Физические механизмы формирования аэрокосмических радиолокационных изображений океана // Успехи физ. наук. 2003. Т. 173. С. 69–87. DOI: 10.3367/UFNr.0173.200301d.0069.
  3. Жуков Л. А. Общая океанология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 376 с.
  4. 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.
  5. Иванов А. Ю., Хлебников Д. В., Коновалов Б. В. и др. Особенности отображения выносов рек в Чёрном море в данных дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 5. С. 191–202. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-5-191-202.
  6. Лаврова О. Ю., Краюшкин Е. В., Соловьев Д. М., Голенко М. Н., Голенко Н. Н., Калашникова Н. А., Демидов А. Н. Влияние ветрового воздействия и гидродинамических процессов на распространение вод Калининградского залива в акватории Балтийского моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 4. С. 76–99.
  7. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Костяной А. Г. Спутниковые методы выявления и мониторинга зон экологического риска морских акваторий. М.: ИКИ РАН, 2016. 334 с.
  8. Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Уваров И. А. и др. 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.
  9. 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.
  10. Лазаренко Н. Н., Маевский А. В. Гидрометеорологический режим Вислинского залива. Л.: Гидрометеоиздат. 1971. 279 с.
  11. Митягина М. И., Лаврова О. Ю., Жаданова П. Д. Влияние гидродинамических процессов на распространение вод Вислы в Гданьском заливе по данным дистанционного зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 4. С. 237–250. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-4-237-250.
  12. Назирова К. Р., Краюшкин Е. В. Мониторинг распространения вод Калининградского залива в акватории Гданьского залива (Юго-Восточная Балтика) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 2021. Т. 18. № 2. С. 271–284. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-2-271-284.
  13. 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.
  14. Назирова К. Р., Лаврова О. Ю., Алферьева Я. О. и др. Пространственно-временная изменчивость плюмов рек Терек и Сулак по спутниковым данным и синхронным натурным измерениям // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 5. С. 285–303. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-5-285-303.
  15. Осадчиев А. А. Речные плюмы. М.: Научный мир, 2021. 285 c.
  16. Рытов С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2: Случайные поля. М.: Наука, 1978. 463 c.
  17. Уваров И. А., Халикова О. А., Балашов И. В., Бурцев М.А, Лупян Е. А., Матвеев А. А., Платонов А. Е., Прошин А. А., Толпин В. А., Крашенинникова Ю. С. Организация работы с метеорологической информацией в информационных системах дистанционного мониторинга // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 2. С. 30—45.
  18. Ayad M., Li J., Holt B. et al. Analysis and classification of stormwater and wastewater runoff from the Tijuana River using remote sensing imagery // Frontiers in Environmental Science. 2020. V. 8. Article 599030. https://doi.org/10.3389/fenvs.2020.599030.
  19. Chubarenko B., Margonski P. The Vistula Lagoon // Ecology of Baltic Coastal Waters. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. P. 167–195. DOI: 10.1007/978-3-540-73524-3_8.
  20. Constantin S., Doxaran D., Constantinescu S. Estimation of water turbidity and analysis of its spatio-temporal variability in the Danube River plume (Black Sea) using MODIS satellite data // Continental Shelf Research. 2016. V. 112. P. 14–30. https://doi.org/10.1016/j.csr.2015.11.009.
  21. Cresswell G. R., Tildesley P. C. Detecting tropical river plumes and island wakes with Radarsat // Canadian J. Remote Sensing. 2000. V. 26. No. 4. P. 267–272. DOI: 10.1080/07038992.2000.10874777.
  22. 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. Vol. 7. P. 12909–12941. https://doi.org/10.3390/rs71012909.
  23. Dokken S. T., Wahl T. Observations of spiral eddies along the Norwegian Coast in ERS SAR images. FFI Report 96/01463. 1996. http://hdl.handle.net/20.500.12242/1449.
  24. Doxaran D., Froidefond J.-M., Castaing P. et al. Dynamics of the turbidity maximum zone in a macrotidal estuary (the Gironde, France): Observations from field and MODIS satellite data // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2009. V. 81. P. 321–332. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2008.11.013.
  25. Espedal H. A., Johannessen O. M., Johannessen J. A. et al., COASTWATCH’95: A tandem ERS-1/2 SAR detection experiment of natural film on the ocean surface // J. Geophysical Research. 1998. V. 103. P. 24969–24982. DOI: 10.1029/98JC01660.
  26. Garvine R. W. Physical features of the Connecticut River outflow during high discharge // J. Geophysical Research. 1974. V. 79. P. 831–846. https://doi.org/10.1029/JC079i006p00831.
  27. Garvine R. W., Monk J. D. Frontal structure of a river plume // J. Geophysical Research. 1974. V. 79. P. 2251–2259. https://doi.org/10.1029/JC079i015p02251.
  28. Gernez P., Lafon V., Lerouxel A. et al. Toward Sentinel-2 high resolution remote sensing of suspended particulate matter in very turbid waters: SPOT4 (Take5) Experiment in the Loire and Gironde Estuaries // Remote Sensing. 2015. V. 7. P. 9507–9528. DOI: 10.3390/rs70809507.
  29. Hessner K., Rubino A., Brandt P., Alpers W. The Rhine outflow plume studied by the analysis of synthetic aperture RADAR data and numerical simulations // J. Physical Oceanography. 2001. V. 31. No. 10. P. 3030–3044. DOI: 10.1175/1520-0485(2001)031<3030:TROPSB>2.0.CO;2.
  30. 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.
  31. Jakimavičius D., Kriaučiūnienė J., Šarauskienė D. Assessment of wave climate and energy resources in the Baltic Sea nearshore (Lithuanian territorial water) // Oceanologia. 2018. V. 60. No. 2. P. 207–218. DOI: 10.1016/j.oceano.2017.10.004.
  32. Jay D. A., Pan J., Orton P. M. et al. Asymmetry of Columbia River tidal plume fronts // J. Marine Systems. 2009. V. 78. No. 3. P. 442–459. https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2008.11.015.
  33. Jiang L., Yan X-H., Klemas V. Remote sensing for the identification of coastal plumes: case studies of Delaware Bay // Intern. J. Remote Sensing. 2009. V. 30. P. 2033–2048. https://doi.org/10.1080/01431160802549211.
  34. Kao T. W., Park C., Pao H. P. Buoyant surface discharge and small-scale oceanic fronts: a numerical study // J. Geophysical Research. 1977. V. 82. P. 1747–1752. https://doi.org/10.1029/JC082i012p01747.
  35. Klemas V. Remote sensing of coastal plumes and ocean fronts: Overview and case study // J. Coastal Research. 2012. V. 28. No. 1A. P. 1–7. https://doi.org/10.2112/JCOASTRES-D-11-00025.1.
  36. Kostianoy A. G., Lebedev A., Solovyov D. M. et al. On river plumes along the Turkish coast of the Black Sea // Ecologica Montenegrina. 2019. V. 25. P. 63–78. DOI: 10.37828/em.2019.25.7.
  37. Krayushkin E. V., Lavrova O. Yu., Nazirova K. R. Distinctive features of the Vistula Lagoon outflow by remote sensing and oceanographic experiments data // Proc. Conf. “Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2019”. 2019. V. 11150. Article 111500W. https://doi.org/10.1117/12.2533024.
  38. Lavrova O., Krayushkin E., Golenko M. et al. Effect of wind and hydrographic conditions on the transport of Vistula Lagoon waters into the Baltic Sea: Results of a combined experiment // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2016. V. 9. No. 9. P. 5193–5201. DOI: 10.1109/JSTARS.2016.2580602.
  39. Li C., Li X., Zhang G. et al. Estuarine plume: A case study by satellite SAR observations and in situ measurements // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2017. V. 55. P. 2276–2287. DOI: 10.1109/TGRS.2016.2641161.
  40. Lyzenga D. R. Interaction of short surface and electromagnetic waves with ocean fronts // J. Geophysical Research. 1991. V. 96. P. 10765–10772. https://doi.org/10.1029/91JC00900.
  41. Lyzenga D. R. Effects of intermediate-scale waves on radar signatures of ocean fronts and internal waves // J. Geophysical Research. 1998. V. 103. P. 18759–18768. https://doi.org/10.1029/98JC01189.
  42. Miller R. L., McKee B. A. Using MODIS Terra 250 m imagery to map concentrations of total suspended matter in coastal waters // Remote Sensing Environment. 2004. V. 93. P. 259–266. https://doi.org/10.1016/j.rse.2004.07.012.
  43. Osadchiev A. A., Sedakov R. O. Spreading dynamics of small river plumes off the northeastern coast of the Black Sea observed by Landsat-8 and Sentinel-2 // Remote Sensing of Environment. 2019. V. 221. P. 522–533. DOI: 10.1016/j.rse.2018.11.043.
  44. Osadchiev A., Yankovsky A. Editorial: River plumes and estuaries // Frontiers in Marine Science. 2022. V. 9. DOI: 10.3389/fmars.2022.986114.
  45. Sletten M., Marmorino G. O., Donato T. F. An airborne, real aperture radar study of the Chesapeake Bay outflow plume // J. Geophysical Research. 1999. V. 104. No. C1. P. 1211–1222. https://doi.org/10.1029/1998JC900034.
  46. Szymkiewicz R. Hydrodynamics of Vistula Lagoon. Warsaw: Polish Academy of Sciences, 1992. 332 p. (in Polish).
  47. Tavora J., Gonçalves G. A., Fernandes E. H. et al. Detecting turbid plumes from satellite remote sensing: State-of-art thresholds and the novel PLUMES algorithm // Frontiers in Marine Science. 2023. V. 10. DOI: 10.3389/fmars.2023.1215327.
  48. Umgiesser G., Zemlys P., Erturk A. et al. Seasonal renewal time variability in the Curonian Lagoon caused by atmospheric and hydrographical forcing // Ocean Science. 2016. V. 12. P. 391–402. https://doi.org/10.5194/os-12-391-2016.
  49. Vogelzang J., Ruddick K. G., Moens J. B. On the signatures of river outflow fronts in radar imagery // Intern. J. Remote Sensing. 1997. V. 18. P. 3479–3505.
  50. Warrick J. A., Mertes L. A. K., Siegel D. A. et al. Estimating suspended sediment concentrations in turbid coastal waters of the Santa Barbara Channel with SeaWiFS // Intern. J. Remote Sensing. 2004. V. 25. P. 1995–2002. https://doi.org/10.1080/01431160310001619535.
  51. Žaromskis R. Okeanai, jūros, estuarijos (Oceans, seas, estuaries). Vilnius: Debesija, 1996, 278 p. (in Lithuanian).
  52. Zhang X., Twarog E. M., McLaughlin D. J. et al. Radar scattering behavior of estuarine outflow plumes // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2004. V. 42. No. 2. P. 367–379. DOI: 10.1109/TGRS.2003.821056.
  53. Zheng Q., Clemente-Colon P., Yan X.-H. et al. Satellite synthetic aperture radar detection of Delaware Bay plumes: Jet-like feature analysis // J. Geophysical Research. 2004. V. 109. No. C3. P. C03031.1–C03031.11. DOI: 10.1029/2003JC002100.