Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 16–20 ноября 2020 г.

(http://conf.rse.geosmis.ru)

XVIII.E.258

Короткопериодные внутренние волны Баренцева моря в теплый период 2019 года по данным радиолокатора с синтезированной апертурой Sentinel-1

Свергун Е.И. (1,2), Зимин А.В. (1,2)
(1) Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
(2) Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
Короткопериодные внутренние волны (КВВ) c частотами колебаний близкими к частоте плавучести широко распространены в шельфовых районах Мирового океана. Их длины могут составлять от сотен метров до нескольких километров, а периоды - от единиц до десятков минут. КВВ часто обладают значительной интенсивностью (характеризующейся нелинейностью и высотой более 10 метров) (Сабинин и др., 2004). Считается, что КВВ образуются благодаря взаимодействию длинных (приливных) внутренних волн с течениями, неровностями дна и т.д. При этом сток приливной энергии в Мировом океане происходит не по всей его акватории, а в так называемых «горячих точках» (Sabinin et. al,1990). По аналогии с поверхностными волнами такие районы называют областями «внутренних штормов». В Баренцевом море ведётся активное подводное мореплавание и строительство, поэтому было бы весьма актуально выделить районы «горячих точек» в Баренцевом море.
Проблема источников генерации КВВ в Баренцевом море активно изучается при помощи данных судовых измерений и спутниковых наблюдений. Первое обобщение радиолокационных наблюдений за поверхностными проявлениями КВВ Баренцева моря было выполнено в работе (Козлов и др., 2010). В ней обсуждаются 250 случаев проявлений внутренних волн (ВВ) на 59 радиолокационных изображениях (РЛИ) за период с июня по август 2007 года. В работе было показано, что особенности рельефа дна и приливные течения играют важную роль в генерации ВВ. Анализ последовательных снимков, показал, что в определенных местах пакеты ВВ возникали с интервалом 12 часов, который близок к периоду доминирующего полусуточного прилива M2 в Баренцевом море. Дальнейшее обобщение архива радиолокационных данных, включающего 463 изображения за летне-осенний период 2007 г., выявило 904 пакета ВВ на акватории Баренцева моря (Козлов и др., 2014). Были выделены районы регулярной встречаемости проявлений ВВ, которые находятся к западу от архипелага Земля Франца-Иосифа, к северо-востоку и северо-западу от архипелага Шпицберген, на выходе из пролива Карские Ворота и у Мурманского берега Кольского полуострова. Отмечается, что иногда наблюдались пакеты ВВ особенно крупных размеров, сопоставимые с горизонтальными размерами интенсивных внутренних волн (ИВВ), зарегистрированных в других районах Мирового океана (da Silva et. al., 2011)
Известны синхронные исследования характеристик КВВ при помощи данных судовых измерений и спутниковых наблюдений. Подспутниковый эксперимент, выполненный летом 2016 года в прибрежной зоне Баренцева моря около Мурманского берега Кольского полуострова, показал, что КВВ высотой 6 метров отчетливо проявляются на РЛИ морской поверхности при глубине пикноклина около 20 метров (Зимин и др., 2017). Подспутниковый эксперимент также проводился в проливе Карские ворота (Морозов и др., 2017). Было установлено, что в районе пролива происходит нелинейная трансформация волны и образование пакетов ИВВ, которые видны на поверхности по спутниковым изображениям. Работа (Свергун и др., 2018) демонстрирует, что не все зарегистрированные со спутников проявления внутренних волн находятся в очагах взаимодействия прилива с неоднородностями рельефа дна, и могут генерироваться при взаимодействии пикноклина с фронтальными зонами. Однако в указанных выше работах исследования проводились или на достаточно ограниченной акватории или с использованием спутниковых данных полученных более десяти лет назад, что достаточно много в современных условиях меняющегося климата Арктики.
В настоящей работе представлены промежуточные результаты исследования КВВ Баренцева моря в их связи с процессами большего масштаба и обсуждаются физико-географические особенности поля КВВ в летний период 2019 года.
Для определения характеристик КВВ на акватории Баренцева моря используются изображения Sentinel 1 (А, В) в C-диапазоне с режимом съемки EW с разрешением 40 метров, охватывающие период с 1 июня 2019 года по 31 августа 2019 года. Всего за рассматриваемый период используется 943 изображения, из них приходится на июнь - 266, на июль - 335, на август - 342. Для поверхностных проявлений КВВ определялись: положение проявления, длина волны, длина дуги лидирующего гребня в пакете, направление распространения, количество волн в пакете. Характеристики на изображениях Sentinel 1 (А, В) определялись в ПО ESA SNAP
В общей сложности за теплый период 2019 года на проанализированных РЛИ зарегистрирован 541 проявление пакетов КВВ с количеством волн в пакете от 3 до 15 (в среднем 6) с длиной волны от 70 до 1900 метров при среднем значении в 500 метров. Длина лидирующего гребня в пакетах варьируется от 5 до 70 км, в среднем составляя 17 км. Наибольшее число волн регистрируется в конце июля - начале августа. Волны сосредоточены у Мурманского берега Кольского полуострова, южнее архипелага Шпицберген, вокруг северной оконечности архипелага Новая Земля, а также западнее архипелага Земля Франца Иосифа. В работе (Козлов и др., 2014) указывается, что в 2007 году на 463 изображениях было обнаружено 904 пакета КВВ, что практически в 2 раза больше, чем в 2019 году. Это вероятно связано с тем, что по данным (http://www.barentsportal.com/barentsportal/index.php/en/abioticcomponents/191-3-1-meteorological-and-oceanographic-conditions/804-ice-conditions), аномалия ледовитости Баренцева моря в 2007 году составляла -15%, а в 2019 году -10%, то есть ледовитость в 2019 году была больше, чем в 2007.
В ходе работы было проанализировано 943 изображения Sentinel-1 охватывающих летний период 2019 года. На них было зарегистрировано 541 проявление пакетов КВВ, что значительно меньше, чем было зарегистрировано в 2007 году (904 пакета). Было выявлено, что столь существенное различие в количестве зарегистрированных проявлений связано тем, что ледовитость Баренцева моря в 2019 году была выше, чем в 2007. Были выявлены очаги генерации КВВ у Мурманского берега Кольского полуострова, западнее мыса Желания, западнее острова Земля Александры, а также Южнее архипелага Шпицберген. Положение очагов генерации совпадает с выявленным ранее по данным 2007 года. Были зарегистрированы отдельные проявления КВВ, не приуроченные к значительным перепадам глубин, где может работать топографический механизм генерации. Предполагается, что такие КВВ генерируются за счет взаимодействия меандрирующих фронтальных зон с пикноклином. Дальнейшие усилия авторов будут направлены на изучение внутригодовой изменчивости характеристик КВВ в их зависимости от приливной, фронтальной и атмосферной динамики.

Часть работ, связанная с созданием специализированного набора исходных данных выполнена в рамках государственного задания по теме № 0149-2019-0015, работы по обработке и анализу данных выполнены при поддержке гранта РФФИ №20-35-90054 Аспиранты

Ключевые слова: короткопериодные внутренние волны, радиолокационные изображения морской поверхности, Баренцево море.
Литература:
  1. Sabinin K.D., Da Silva J., Scott J., Serebryany A.N. Hot spots in the internal wave field of the world ocean // Proc. of Intern. Conf. «OCEANOBS». 18-22 Oct. 1999.– Saint Raphael, France, 1999. .
  2. Сабинин К. Д., Серебряный А. Н., Назаров А. А. Интенсивные внутренние волны в Мировом Океане // Океанология. 2004. Т. 44, № 6. С. 805–810.
  3. Козлов И.Е., Кудрявцев В.Н., Сандвен С. Некоторые результаты исследования внутренних волн в Баренцевом море методами радиолокационного зондирования из космоса // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. № 3. С.60-69.
  4. Козлов И.Е., Кудрявцев В.Н., Зубкова Е.В., Атаджанова О.А., Зимин А.В., Романенков Д.А., Шапрон Б., Мясоедов А.Г. Районы генерации нелинейных внутренних волн в Баренцевом, Карском и Белом морях по данным спутниковых РСА измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, №4. С.338-345.
  5. da Silva, J. C. B., New, A. L., Magalhães, J. M. On the structure and propagation of internal solitary waves generated at the Mascarene Plateau in the Indian Ocean. // Deep-Sea Research. 2011 V.58. P.229–240.
  6. Зимин А.В., Атаджанова О.А., Свергун Е.И., Романенков Д.А. Оценка повторяемости экстремальных высот внутренних волн в Баренцевом море в районе постоянных проявлений сигнатур волн на спутниковых снимках // Сборник тезисов докладов пятнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" Институт космических исследований Российской академии наук. 2017. С. 252.
  7. Морозов Е. Г., Козлов И. Е., Щука С. А., Фрей Д. И. Внутренний прилив в проливе Карские ворота // Океанология. 2017. Т.57, № 1. С.13–24.
  8. Свергун Е.И., Зимин А.В., Атаджанова О.А., Коник А.А., Зубкова Е.В., Козлов И.Е. Изменчивость фронтальных разделов и короткопериодные внутренние волны в Баренцевом и Карском морях по данным спутниковых наблюдений за теплый период 2007 года // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 4. С. 181-188.

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Свергун Е.И., Зимин А.В. Короткопериодные внутренние волны Баренцева моря в теплый период 2019 года по данным радиолокатора с синтезированной апертурой Sentinel-1 // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2020. C. 247. DOI 10.21046/18DZZconf-2020a

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

247