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)
Будущая конференция
Архив конференций
2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003
Личный кабинет
Зарегистрироваться на сайте Войти на сайт Забыли пароль?
Электронный сборник статей
«Информационные технологии в дистанционном зондировании Земли - RORSE 2018»
Журнал
«Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Дополнительная информация
Контакты Полезная информация
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:

Двадцать первая международная конференция "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"

XXI.E.310

Система разномасштабных течений Чёрного моря:
спутниковые наблюдения, измерения и моделирование

Коротенко К.А. (1), Мельников В.А. (1), Осадчиев А.А. (1)
(1) Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия
Несмотря на бурное развитие спутниковых наблюдений и контактных измерений, представление о циркуляции вод Чёрного моря (ЧМ) остаётся далеко неполным. На это есть несколько причин. Во-первых, опыт океанографических работ показывает, что долговременные постановки контактных измерителей являются дорогими и рискованными. Поэтому, данные измерений in situ остаются эпизодическими и фрагментарными. Во-вторых, спутники «видят» обширные акватории, но только на поверхности моря. Бóльшая часть морских гидродинамических процессов на поверхности моря не проявляется. В-третьих, типичное разрешение осреднённых спутниковых «продуктов» (по горизонтали в среднем ~ 60 морских миль) не является достаточным для адекватного представления мезомасштабных структур в наблюдаемых гидрофизических полях. В условиях таких ограничений, интерпретации разномасштабных флуктуаций океанографических параметров в рамках существующих представлений о сложных вихревых полях являются практически невыполнимыми. Однако, дополнительные возможности для изучения гидродинамической системы региона ЧМ появляются при численном моделировании гидродинамики изучаемой акватории. Для ЧМ использовалась вихреразрешающая гидродинамическая модель Die2BS (модификация модели общей циркуляции океана DieCAST) с разрешением 2 морские мили. Ключевым условием для применения любой численной модели для интерпретаций является её проверка на натурных данных с постепенной настройкой параметризаций. Для сравнения с контактными и дистанционными измерениями, в избранных репрезентативных точках ЧМ при помощи модели Die2BS были рассчитаны временные ряды гидрологических флуктуаций, скорости и завихренности течений, продолжительностью один модельный год. Точки выбирались вблизи характерных топографических неоднородностей ЧМ, около Голубой бухты, где в настоящее время развернуты постоянные измерения на Гидрофизическом полигоне ИО РАН (Гидрополигон), а также в некоторых других немногочисленных местах проведения долговременных контактных измерений. Указанные ряды исследовались методами спектрального и вэйвлет анализов. Сопоставление с данными измерений in situ даёт представление о пределах применимости численного моделирования разномасштабной циркуляции ЧМ.
Для визуализации циркуляционных структур ЧМ вычислялись прогрессивные векторные диаграммы (ПВД) течений и лагранжевы траектории (ЛТ) жидких объёмов и частиц примеси. Мезомасштабные вихри (МВ) выявлялись при помощи метода Окубо-Вейса (OW) и его модифицированного варианта (MOW).
По модели Die2BS в ЧМ обнаруживаются цепочки регулярных циклонических (ЦВ) и антициклонических (АЦВ) вихрей вдоль некоторых секторов Основного черноморского течения (ОЧТ). При этом в осенне-зимний период, вместе с усилением интенсивности и возрастанием устойчивости ОЧТ, наблюдается увеличение количества мезомасштабных вихрей (МВ). Напротив, в весенне-летний период вместе c ослаблением ОЧТ и усилением его меандрирования, количество МВ уменьшается, но их ядра становятся более выраженными и устойчивыми. Указанные особенности подтверждаютcя спутниковыми и измерениями in situ.
Особое внимание уделяется анализу прибрежных АЦВ и субмезомасштабных вихрей (СМВ) при обтекании ОЧТ мысов и топографических неоднородностей рельефа дна. Такие вихри прослеживаются на спутниковых снимках водной поверхности в видимом свете. В таких круговоротах минеральные примеси в стоке рек и антропогенные загрязнения переносятся поперёк шельфа от берегов мористее, где они подхватываются мощным течением ОЧТ. Этот процесс существенно способствует самоочищению рекреационной прибрежной зоны.
С помощью Фурье- и вейвлет- анализов временных рядов было установлено характерное время жизни МВ: от 10 до 60 суток. В осенний период, в Кавказском секторе, вследствие неустойчивости ОЧТ на материковом склоне около мысов Пицунда и Искурия, возникают топографические АЦВ. В этом районе наблюдался вихрь радиусом ~ 30 км, который в течение ~1,5 месяцев перемещался вдоль побережья со скоростью ~3 км/сут. Вертикальная нормированная компонента завихренности была ~ 0,1 ÷ 1,2. Этот вихрь захватил воду с примесями из речных плюмов и перенёс загрязнения мористее, обеспечив, эффективный кросс-шельфовый перенос речных примесей.

Ключевые слова: Черное море, спутниковые наблюдения, гидродинамическая численная модель DieBS, разномасштабные течения, мезомасштабные и субсиноптические вихри, лагранжевые траектории, спектральный и вэйвлет анализы.
Литература:
  1. Демышев С.Г. Численный прогностический расчет течений в Черном море с высоким горизонтальным разрешением. - Морской гидрофизический журнал, № 1, 2011, c. 36–47.
  2. Демышев С.Г., Дымова О.А. Численный анализ мезомасштабных особенностей циркуляции в прибрежной зоне Черного моря.- Изв. РАН, Физика атм. и океана, т. 49, № 6, 2013, c. 655–663.
  3. Журбас В.М., Зацепин А.Г., Григорьева Ю.В., Еремеев В.Н., Кременецкий В.В., Мотыжев С.В., Поярков С.Г., Пулейн П.-М., Станичный С.В., Соловьев Д.М. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое Черного моря по дрифтерным данным. - Москва: Наука, Океанология, 2004, т. 44, № 1, c. 34–48.
  4. Зацепин А.Г., Флинт М.В. (Отв. ред.). Комплексные исследования северо-восточной части Черного моря.- Москва: Наука, 2002, 476 с.
  5. Зацепин А.Г. и др. Подспутниковый полигон для изучения гидрофизических процессов в шельфово-склоновой части ЧМ.–М.:Наука, Изв. РАН, Физика атм. и океана,т.50,№1,2014,c.16-29.
  6. Клювиткин А. А., Островский А. Г., академик РАН Лисицын А. П., член-корреспондент РАН Коновалов С. К. Энергетический спектр скорости течения в глубокой части Чёрного моря. – М.:Наука, Доклады Академии наук, 2019, т. 488, № 5, с. 550–554.
  7. Коротенко К.А., Боуман М.Д., Дитрих Д.Е. Моделирование циркуляции и переноса нефтяных пятен в Черном море.- Москва: Наука, Океанология, 2003, т.43, № 3, с 367-378.
  8. Коротенко К.А. Моделирование мезомасштабной циркуляции Черного моря. - Москва: Наука, Океанология, т. 55, № 6, 2015, с. 909–915.
  9. Кривошея В.Г., Титов В.Б., Овчинников И.М. Новые данные о режиме течений на шельфе северо-восточной части Черного моря. - М.:Наука, Океанология, т. 41, №3, 2001, c. 325–334.
  10. Кривошея В.Г., Москаленко Л.В., Мельников В.А., Скирта А.Ю. Влияние изменчивости ветрового режима и термических условий на структуру и динамику вод в северо-восточной части Черного моря. - М.:Наука, Океанология, т. 52, №4, 2012, с. 484-498.
  11. Мельников В.А., Зацепин А.Г., Костяной А.Г., Гидрофизический полигон на Черном море. - Москва:ГОИН, Труды Государственного океанографического института, Исследования океанов и морей, т.213, 2011, с. 264-278.
  12. Мельников В.А., Пиотух В.Б., Зацепин А.Г. Ветры, течения и энергетический обмен в гидрометеорологической системе на шельфе в северо-восточной части Черного моря.- Москва:ИО РАН, Современные проблемы термогидромеханики океана «СПТО – 2017», т.1, 2017, c. 114-117.
  13. Мельников В.А., Москаленко Л.В., Кузеванова Н.И. Ветровые циклы и климатические тренды Чёрного моря.- Москва:ГОИН, Труды Государственного океанографического института. Исследования океанов и морей, т.219, 2018, c. 101-123.
  14. Титов В.Б. Характеристики Основного черноморского течения и прибрежных антициклони-ческих вихрей в Российском секторе ЧМ.- М.:Наука, Океанология, 2002, т. 42, № 5, с. 668–676.
  15. Aleskerova A., Kubryakov A., Stanichny S., Medvedeva A., Plotnikov E., Mizyuk A., Verzhevskaya L. Characteristics of topographic submesoscale eddies off the Crimea coast from high-resolution satellite optical measurements.- Ocean Dyn., 2021, vol. 71, pp. 1-23.
  16. Batchelor G. An Introduction to Fluid Dynamics. - Cambridge University Press, 1967, 615 p.
  17. Besiktepe S., Lozano C.J., Robinson A.R. On the summer mesoscale variability of the Black Sea.- J. Mar. Res., 2001, vol. 59, pp.475–515.
  18. Calman J. On the interpretation of ocean current spectra. Part 1: The kinematics of three-dimensional vector time series. - J. Phys. Oceanogr., 1978, vol. 8, pp.627–643.
  19. Cenedese C.L, Whitehead J.A. Eddy shedding from a boundary current around a cape over a sloping bottom. - J. Phys. Oceanogr., 2000, vol. 30, pp. 1514–1531.
  20. Chang M.-H., Jan S., Liu C.-L, Cheng Y.-H., Mensah V. Observations of island wakes at high Rossby numbers: Evolution of submesoscale vortices and free shear layers. - J. Phys. Oceanogr., 2019, vol.49(11), pp. 2997–3016.
  21. Cushman-Roisin B. Introduction to Geophysical Fluid Dynamics.- Prentice Hall, USA, 1994,169 p.
  22. Demyshev S.G. A numerical model of online forecasting Black Sea currents. - Moscow:Nauka, Izv. Atmos. Ocean. Phys., 2012, vol. 48, pp. 120–132.
  23. Demyshev S.G., Dymova O.A. Analyzing intra-annual variations in the energy characteristics of circulation in the Black Sea.- Moscow:Nauka, Izv. Atmos. Ocean. Phys., 2016,vol. 52, pp. 386–393.
  24. Ginzburg A.I., Kostianoy A.G., Soloviev D.M., Stanichny S.V. Remotely sensed coastal/deep-basin water exchange processes in the Black Sea surface layer.- In: Halpern D. (ed.) Satellites, Oceanography and Society, 2000. vol. 63. Elsevier Oceanography Series, pp. 273–287.
  25. Ginzburg A.I., Kostianoy A. G., Nezlin N.P., Soloviev D.M., Stanichny S.V., Yakubenko V.G. Mesoscale eddies and related processes in the northeastern Black Sea.- J. Mar. Syst., 2002. , vol.32(1–3). pp.71–90.
  26. Jaoshvili S. The Rivers of the Black Sea. - Chomeriki I., Gigineishvili G., Kordzadze A., Eds.. Technical Report No. 71, European Environmental Agency, Copenhagen, Denmark, 2002.
  27. Isern-Fontanet1 J., Ballabrera-Poy J., Turiel1 A., García-Ladona E. Remote sensing of ocean surface currents: A review of what is being observed and what is being assimilated. Nonlin. Processes Geophys., 2017, vol. 24, pp. 613–643.
  28. Korotaev G., Oguz T., Nikiforov A., Koblinsky C. Seasonal, interannual, and mesoscale variability of the Black Sea upper layer circulation derived from altimeter data.- J. Geophys. Res., 2003, vol. 108, C3122, pp. 1-15.
  29. Korotenko K., Bowman M., Dietrich D. High-resolution model for predicting the transport and dispersal of oil plumes resulting from accidental discharges in the Black Sea. - Terr. Atmosph. Ocean. Sci., vol. 21, no. 1, 2010, pp. 123–136.
  30. Korotenko K.A. Modeling processes of the protrusion of near-coastal anticyclonic eddies through the Rim Current in the Black Sea. - Moscow:Nauka, Oceanology, 2017. vol. 57, pp. 394–401.
  31. Korotenko K.A. Predicting the behavior of an oil spill in the Black Sea resulting from accidental offshore deepwater blowout. - J. Sustain. Energy Eng., 2018, vol. 6, pp.48-83.
  32. Korotenko K., Osadchiev A., Melnikov V. Mesoscale Eddies in the Black Sea and Their Impact on River Plumes: Numerical Modeling and Satellite Observations.–Rem. Sens.,2022,vol.14,4149, pp.1-29 .
  33. Korotenko K., Osadchiev A., Melnikov V. Mesoscale Eddy Chain Structures in the Black Sea and Their Interaction with River Plumes: Numerical Modeling and Satellite Observations.-Rem. Sens., vol.15(6), 1606, 2023, pp.1-22.
  34. Korshenko E.A., Zhurbas V.M., Osadchiev A.A., Belyakova P.A Fate of river-borne floating litter during the flooding event in the northeastern part of the Black Sea in October 2018. - Mar. Poll. Bull. 2020, vol, 160, pp. 111678.
  35. Kostianoy A.G., Ginzburg A.I., Sheremet N.A., Lavrova O.Y., Mityagina M.I. Small-scale eddies in the Black Sea.- Sovr. Probl. Dist. Zond. Zemli Kosm., 2021, vol,7, pp. 248–259.
  36. Kubryakov A.A.; Stanichny S.V. Mesoscale eddies in the Black Sea from satellite altimetry data. –Moscow:Nauka, Oceanology, 2015, vol. 55, pp. 56–67.
  37. Kubryakov A.A., Mizyuk A.I., Puzina O.S., Senderov M.V. Three-dimensional identification of the Black Sea mesoscale eddies based on the numerical model NEMO calculations.- Morskoy Gidrofizicheckiy Zhurnal, 2018, vol. 34,pp. 20-28.
  38. Mikaelyan A.S., Mosharov S.A., Kubryakov A.A. , Pautova L.A. , Fedorov A., Chasovnikov V.K. The impact of physical processes on taxonomic composition, distribution and growth of phytoplankton in the open Black Sea. - J. Mar. Syst., 2020, vol. 208, p. 103368.
  39. Mityagina M.I., Lavrova O.Y., Karimova S.S. Multi-sensor survey of seasonal variability in coastal eddy and internal wave signatures in the NE Black Sea.-Int. J. Rem. Sens., 2010, vol.31, pp. 4779–4790.
  40. Oguz T., Malanotte-Rizzoli P., Aubrey D. Wind and thermohaline circulation of the Black Sea driven by yearly mean climatological forcing. - J. Geoph. Res., Oceans, 1995, vol.100, pp. 6845–6863.
  41. Oguz T., Besiktepe S. Observations on the Rim Current structure, CIW formation and transport in the western Black Sea. - Deep Sea Res., Part I, Oceanogr. Res. Pap. 1999, vol. 46, pp.1733–1753.
  42. Oguz T., Deshpande A.G., Malanotte-Rizzoli P. The role of mesoscale processes controlling biological variability in the Black Sea coastal waters: Inferences from SeaWIFS-derived surface chlorophyll field.- Cont. Shelf Res., 2002, vol. 22, pp. 1477–1492.
  43. Okubo Akira. Horizontal dispersion of floatable particles in the vicinity of velocity singularities such as convergences.- Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 1970, vol. 17, no. 3, pp. 445-454.
  44. Osadchiev A.A. A method for quantifying freshwater discharge rates from satellite observations and Lagrangian numerical modeling of river plumes. - Environ. Res. Lett., 2015, vol.10, pp. 085009.
  45. Osadchiev A., Korshenko E. Small river plumes off the northeastern coast of the Black Sea under average climatic and flooding discharge conditions. - Ocean Sci. vol. 13, 2017, pp.465–482.
  46. 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.- Rem. Sens. Envir.,2019,vol.221,pp.522–533.
  47. Osadchiev A., Barymova A., Sedakov R., Zhiba R., Dbar R. Spatial structure, short-temporal variability, and dynamical features of small river plumes as observed by aerial drones: Case study of the Kodor and Bzyp river plumes. - Remote Sens., 2020, vol. 12, pp. 3079.
  48. Ovchinnikov I.M., Titov V.B. Anticyclonic vorticity of currents in the offshore zone of the Black Sea.-Moscow:Nauka, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1990, vol. 314, pp. 1236–1239.
  49. Ozsoy E., Unluata U. Oceanography of the Black Sea: A review of some recent results.- Earth Sci. Rev., 1997, vol, 42, pp. 231–272.
  50. Palazov A., Ciliberti S., Peneva E., Gregoire M., Staneva J., Lemieux-Dudon B., Masina S.,
  51. Pinardi N., Vandenbulcke L., Behrens A., Lima L., Coppini G., Marinova V., Slabakova V., Lecci R., Creti S., Palermo F., Stefanizzi L., Valcheva N. and Agostini P. Black Sea Observing System .- Front. Mar. Sci., 2019, vol. 6, pp. 315.
  52. Sadighrad E., Fach B.A., Arkin S.S., Salihoglu B., Husrevoglu Y.S. Mesoscale eddies in the Black Sea: Characteristics and kinematic properties in a high-resolution ocean model.- J. Mar. Syst., 2021, vol. 223, pp.103613.
  53. Smith W. H. F., Sandwell D.T. Global seafloor topography from satellite altimetry and ship depth soundings. – Science, 1997, vol. 277, pp. 1957- 1962.
  54. Staneva J.V., Dietrich D.E., Stanev E.V., Bowman, M.J. Rim Current and coastal eddy mechanisms in an eddy-resolving Black Sea general circulation model. - J. Mar. Syst., 2001, vol. 31, pp. 137–157.
  55. Sur H.I., Ozsoy E., Ilyin Y.P., Unluata U. Coastal-deep ocean interactions in the Black Sea and their ecological/environmental impacts. - J. Mar. Syst., 1996, vol.7, pp. 293–320.
  56. Sur, H.I., Ilyin, Y.P. Evolution of satellite derived mesoscale thermal patterns in the Black Sea.- Progr. Oceanogr.,1997, vol.39, pp.109–151.
  57. Torrence C., Compo G.P. A practical guide to wavelet analysis. - Bul. Amer. Meteorol. Soc., 1998, vol. 79, pp. 61–78.
  58. Weiss J. The dynamics of enstrophy transfer in two-dimensional hydrodynamics.- Physica D: Nonlinear Phenomena, 1991, vol.48., Issues 2–3., pp. 273-294.
  59. Zatsepin A.G., Ginzburg A.I., Kostianoy A.G., Kremenetskiy V.V., Krivosheya V.G., Stanichny S.V., Poulain P.M. Observations of Black Sea mesoscale eddies and associated horizontal mixing. - J. Geophys. Res., Oceans, 2003, vol.108, C3246. pp. 1–20.
  60. Zatsepin A.G., Baranov V.I., Kondrashov A.A., Korzh A.O., Kremenetskiy V.V., Ostrovskii A.G., Soloviev D.M. Submesoscale eddies at the Caucasus Black Sea shelf and the mechanisms of their generation.- Moscow:Nauka, Oceanology, 2011, vol.51, pp. 554–567.
  61. Zatsepin A., Kubryakov A., Aleskerova A., Elkin D., Kukleva O. Physical mechanisms of submesoscale eddies generation: Evidences from laboratory modeling and satellite data in the Black Sea.- Ocean Dyn., 2019, vol. 69, pp. 253–266.
  62. Zavialov I.B., Osadchiev A.A., Sedakov R.O., Barnier B., Molines J.-M., Belokopytov V.N. Water exchange between the Sea of Azov and the Black Sea through the Kerch Strait. - Ocean Sci., 2020, vol. 16, pp.15–30.

Презентация доклада

Дистанционные исследования водных объектов

215