Оценка роли вихрей в переносе тепла и био-оптических характеристик в различных районах Арктики на основе анализа спутниковых измерений и данных численного моделирования

Анализ вихревой динамики Амеразийского сектора Арктического бассейна (от западной границы Чукотского моря до восточной границы моря Бофорта) выполнен с использованием следующих массивов данных:
- ежесуточные поля скорости течений на поверхности моря из численного расчета по модели NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) за 2022 год; горизонтальное разрешение сетки 0.05 градуса.
Для анализа вихревой динамики был выделен прямоугольный полигон, включающий в себя Чукотское море и море Бофорта.
Автоматическая идентификация вихревых структур по трехмерным полям скоростей течений выполнялась на основе расчета параметра Окубо-Вейса ([Okubo, 1970; Weiss, 1991]). Для идентификации вихревых образований и анализа сезонной изменчивости вихревой активности рассчитывались ежесуточные карты параметра Окуба-Вейса, который использовался как критерий наличия/отсутствия вихря в точке сетки.
Кроме данных модели в работе для выявления вихревой динамики и оценки переноса тепла и массы анализировались снимки со спутника Landsat-8,9/ Sentinel-2 для Арктического региона с 2013 года по 2023 гг. Всего было отобрано для анализа более 300 безоблачных снимков с открытой поверхностью воды. Для определения температурных характеристик для данных примеров, используется алгоритм восстановления температуры [Aleskerova et al., 2016].
Рассчитанные ежесуточные поля параметра Окубо-Вейса позволили получить ежесуточное пространственное и количественное распределение вихревых структур. Повышенные значения вероятности наблюдения вихревых образований по данным модели NEMO соответствуют областям интенсивных течений. Максимальная вероятность наблюдения вихрей расположена возле мыса Барроу вдоль северной части Аляскинского течения. Сезонная изменчивость количества вихрей соответствует изменчивости скоростей течений – максимум наблюдается в октябре-ноябре, а минимум – с февраля по май, при этом общее число идентифицированных вихрей увеличивается в несколько раз. По размеру ядра вихря преобладают более мелкие вихри 10-15 км (составляют более 60% от общего числа вихрей), расположенные ближе к береговой линии, крупные вихри встречаются намного реже. Анализ пространственной изменчивости вероятности наблюдения вихрей показал, что число вихрей зависит от интенсивности сильных струйных течений. Сезонная изменчивость скорости течений и количества вихрей была сопоставлена с изменчивостью, рассчитанной по данным альтиметрии. Сопоставление показало качественное совпадение.
Анализ спутниковых снимков позволил оценить характеристики переноса вихрями тепла / массы. Размеры вихрей у берега составляют до 10 км. Основные области генерации субмезомасштабных вихрей приурочены к областям температурных фронтов (интенсивные течения и плюмы рек). Сопоставление температурных и яркостных снимков показало, что вихри могут проявляться как на двух типах карт, так и только на одной. Прибрежные вихри способствуют выносу взвеси от берега в глубоководную часть моря. Вихри значительно влияют на распространение речных вод. При их прохождении в приустьевых зонах они могут захватывать данные воды и выносить их в более глубоководную часть моря, на расстояния, превышающие их диаметр в несколько раз (при скорости перемещения вихря 10-25 см/с и времени жизни несколько суток).
Идентификация вихрей по данным модели NEMO выполнена в рамках государственного задания FNNN-2024-0012.
Анализ вихревой динамики по спутниковым данным выполнен при поддержке гранта РНФ 21-77-00278.