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

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