Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

Участие в Школе молодых 

XIX.E.221

Анализ температурных неоднородностей морской поверхности Карского моря на основе измерений Ик-радиометра с борта судна "Академик Иоффе".

Марчук Е.А. (1), Репина И.А. (1,2), Козлов И.Е. (3), Осадчиев А.А. (4), Степанова Н.Б. (4,5)
(1) Институт физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН, Москва, Россия
(2) Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ, Москва, Россия
(3) Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
(4) Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
(5) Московский физико-технический институт (государственный университет), Долгопрудный, Россия
Введение
Температура поверхности океана — важная для океанологии характеристика. С помощью неё можно исследовать взаимодействие океана и атмосферы, одновременно с эти она служит маркером при проявлениях различных внутриокеанических процессов на поверхности. Непосредственное измерение температуры морской поверхности, особенно при наличии льдов, достаточно трудоемко. Применение контактных методов не всегда возможно, а спутниковые данные, ко всему прочему, имеют не достаточное пространственное разрешения и точность для задачи обнаружения вихрей и внутренних волн на поверхности моря.
В последнее время учёные всё больше внимания уделяют мезомасштабным процессам, пытаясь детальнее изучить энергомассообмен на более крупных масштабах. Океанология - не исключения. Вихри и внутренние волны непосредственно участвую в переносе тепла, энергии и импульса внутри океана. Большинство исследователей предпочитают выделять данные явления по спутниковым РСА снимкам из-за дороговизны контактных измерений. Тем не менее, эксперименты по сбору подспутниковой информации неоднократно проводились в мировой практике (Johannessen et el.,1996; Marmorino et al., 2010).
С 8 августа по 8 сентября 2021 года состоялась экспедиция на судне «Академик Иоффе» в рамках Плавучего Университет ИО им. П.П.Ширшова РАН. В ходе экспедиции проводились дистанционные измерения температуры поверхности моря с борта судна с помощью ИК-радиометра. Исследование было нацелено на обнаружение вихрей на поверхности и дальнейшего сравнения ТПО со спутниковой продукцией. Использование ИК датчика температуры для идентификации процессов внутри океана даёт возможность получить информацию с относительно больших акваторий с малыми затратами времени. Валидация ТПО производилась на данных измерений температуры в толще воды. Таким образом, подобные комплексные измерения показывают полную картину явлений и позволяют количественно связать процессы в толще и на поверхности.
Приборы
На борту судна было установлено два прибора для измерения температуры и для фиксации явлений на поверхности моря. Измерения ТПО в ИК диапазоне выполнялись с помощью ИК-радиометра HEITRONICS KT19 II., размещенного на правом борту судна под углом 300 к поверхности. Точность измерений 0.1 °С. Частота измерений 1дБ. Фотофиксация состояния морской поверхности по курсу судна производилась с помощью камеры GOPRO HERO 3+ Silver Edition, установленной на борту судна на пеленгаторной палубе. Частота фотографирования составляла 10-60 секунд.
Результаты
Наблюдения за состоянием морской поверхности проводились круглосуточно в квазинепрерывном режиме. Работа происходила как на станциях, так и в переходах между ними. В результате чего в течение всей экспедиции было получено 26 суток непрерывной записи температуры поверхности океана с частотой 1 секунда и столько же непрерывной фото записи состояния морской поверхности.
Одновременно с измерением температуры поверхности океана на станциях производились измерения температуры толщи воды с помощью термокосы. Термокоса представляет собой два датчика давления между которыми располагается чувствительный к изменению температуры трос длиной около 40 м. Термокоса в рейсе использовалась для выявления процессов, происходящих в морской толще, проявляющихся в изменении температуры. Подобными явлениями могут быть фронты, мезомасштабные вихри и внутренние волны. Наибольшее внимание в данном рейсе уделялось именно выявлению внутренних волн и вихрей. На нескольких наиболее удачных станциях, где удалось зафиксировать внутренние волны, было проведено сравнения температуры по термокосе и ТПО. Первичное сопоставление данных за 12 августа показало, что ТПО отражает прохождение внутренней волны на поверхности. Сравнение ТПО и термокосы требует дальнейших изучений, однако оно даёт нам право сделать предположение об отражении поверхностного проявления внутренних волн в температуре поверхности. Подобные предположения были уже высказаны ранее в некоторых работах (Пелиновский, 1999; Степанюк, 2002).
Помимо данных, полученных прямыми контактными измерениями, в работе использовались спутниковые данным. На следующий день после работы в Карских воротах путь нашего судна прошёл через мезомасштабных вихрь, отчётливо выраженный на поверхности. Спутниковый снимок с изображением вихря был получен со спутника Santinel — 1A за 13 августа 2021 года. Общепринятым в научной литературе о мезомасштабных вихрях является предположение о том, что вихри можно зафиксировать в поле поверхностной температуры (Johannessen et el.,1996). Поэтому ТПО за 13 августа вдоль трека судна была наложена на спутниковый РСА снимок за тот же день. Судно пересекло вихрь, что прослеживается в изменении ТПО с фоновой на более низкую в местах пересечения вихря. Разница составляла около 1-1.5 градуса. В дальнейшем планируется наложить ТПО на несколько других снимков и сделать более подробный анализ.

Визуальные наблюдения за состояние морской поверхности также проводились в точности с описанной выше методикой. На фотографиях запечатлено большое количество сликов разной природы. В дальнейшем планируется более детальная обработка фотографий и привязка их к колебаниям температуры протоки и ТПО.

Выводы
- Предполагается взаимосвязь между положениями сликов (как проявление внутренних волн и вихрей) на РЛИ-снимках и проявлениями их в температуре поврехности океана, измеренной ИК-радиометром.
- Зафиксированные на фотографиях слики сопоставляются с колебаниями ТПО и протоки, однако требуют дальнейших исследований.
Благодарность
Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 21-17-00021 и программы Плавучие университеты при поддержке Министерства науки и высшего образования.

Ключевые слова: Температура поверхности океана, внутренние волны, мезомаштабные вихри, спутниковые снимки.
Литература:
  1. ) Johannessen, J. A., R. A. Shuchman, G. Digranes, D. R. Lyzenga, C. Wackerman, O. M. Johannessen, and P. W. Vachon (1996), Coastal ocean fronts and eddies imaged with ERS 1 synthetic aperture radar, J. Geophys. Res., 101, 6651–6668.
  2. ) Marmorino, G. O., Holt B., Molemaker M.J., DiGiacomo P.M. and Sletten M.A.(2010) , Airborne synthetic aperture radar observations of ‘spiral eddy’ slick in the Southern California Bight, J. Geophys. Res., 115, C05010
  3. ) Приповерхностный слой океана. Физические процессы и дистанционное зондирование / под ред. В.И. Таланова и Е.Н. Пелиновского. Т. 2. Н. Новгород, 1999.
  4. ) Степанюк И.А. Методы измерений характеристик морских внутренних волн. СПб: изд-во РГГМУ, 2002.

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов