Наблюдение плюмов речных и лагунных вод в юго-восточной части Балтийского моря с помощью сенсоров спутникового базирования

В докладе будут представлены результаты исследований, направленных на дальнейшее развитие методов дистанционного наблюдения распространения выноса речных и лагунных вод в прибрежную зону Балтийского моря. Особое внимание будет уделено выявлению влияния разнообразных гидрофизических и гидрометеорологических факторов на формирование проявлений выносов распреснённых вод в спутниковых изображениях, полученных как при помощи многоканальных сенсоров оптического диапазона, так и при помощи спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА).
В фокусе настоящего исследования находились особенности проявления в спутниковых данных распреснённых плюмов, образованных вытоком р. Висла и выносами вод Калининградского (Вислинского) и Куршского заливов. Исследование базируется на спутниковых данных, полученных в ходе непрерывных наблюдений юго-восточной части Балтийского моря, и продолжает серию работ, проведенных нами ранее в этом районе (Лаврова и др., 2014, 2016; Krayushkin et al., 2019; Lavrova et al., 2016).
Экспериментальной основой проведенного исследования являются данные спутниковых РСА C-SAR ИСЗ Sentinel-1A, -1B и данные видимого диапазона высокого пространственного разрешения сенсоров MSI (англ. Multispectral Instrument) ИСЗ Sentinel-2-A,-B и OLI/OLI-2 (англ. Operational Land Imager) ИСЗ Landsat-8, -9, полученные за двухлетний период наблюдений с 1 мая 2022 г. по 30 апреля 2024 г. В общей сложности в рамках данного исследования было проанализировано 2080 спутниковых снимков юго-восточной части Балтийского моря.
Одна из задач проведенного исследования было восполнение некоторых пробелов в существующих ныне представлениях о характере общей картины распространения богатых взвешенным веществом и органикой вод Вислы в Гданьском заливе за счет учета вклада гидродинамических процессов, в первую очередь мезо- и субмезомасштабных вихрей, которые способны транспортировать воду и содержащиеся в ней примеси различной природы на большие расстояния. Для решения этой задачи мы использовали данные мультиспектральных сенсоров оптического диапазона спутникового базирования для выявления и дальнейшего анализа пространственно-временных характеристик распространения вод Вислы при ее впадении в Гданьский залив. Показано, что мезомасштабные и мелкомасштабные вихревые структуры с характерными горизонтальными масштабами 5─20 км, развивающиеся в Гданьском заливе, могут оказывать существенное влияние на распространение вод Вислы после их попадания залив и должны учитываться как один из основных факторов, контролирующих формирование ареала распространения речных вод и переноса взвешенного вещества, наряду с приводным ветром и вдольбереговыми течениями (Митягина и др., 2024). Причем основной вклад в перенос взвеси, попавшей в залив с речными водами, вносят развивающиеся в заливе вихревые диполи. В ситуации развития активных вихревых движений в заливе возможно увеличение же ареала распространения вод Вислы в Гданьском заливе до значительных площадей, зачастую превышающих 500 км2, вне зависимости от колебаний уровня реки. Такие ситуации наблюдались не менее, чем в 20% случаев выявления выносов вод Вислы в залив на спутниковых изображениях, полученных в теплый сезон (с мая по сентябрь).
Следует заметить, что существуют естественные ограничения на использование спутниковых данных оптического диапазона ─ в общем случае их невозможно использовать для наблюдения за особенностями морской поверхности в плохих погодных условиях или ночью. Привлечение данных спутниковой радиолокации, предоставляющей возможности получения информации независимо от солнечного освещения и облачного покрытия, существенно расширит экспериментальную базу для изучения распространения речных и лагунных вод в море и позволит избавиться от фрагментарности и разрозненности получаемой информации.
Вторая задача нашего исследования состояла в изучении закономерностей и особенностей отображения плюмов, образованных стоком реки Вислы и выносами из Калининградского и Куршского заливов в прибрежной зоне практически бесприливного Балтийского моря в данных спутниковой радиолокации и в определении механизмов, определяющих формирование их радиолокационных сигнатур. Рассмотрены закономерности и особенности отображения плюмов, образованных стоком р. Висла, а также выносами из Калининградского и Куршского заливов на РЛИ. Несмотря на то, что РЛ сигнатуры плюмов отличаются разнообразием морфологических форм, на основе обобщения результатов проведенного анализа были выделены четыре основных типа их визуализации на РЛИ морской поверхности районов интереса. К ним относятся: (1) плюмы с выраженной границей, видимой как яркая белая линия усиления обратно-рассеянного сигнала; (2) граница плюма очерчена сликами, т.е. темными линиями ослабления радиолокационного сигнала; (3) яркие темные или светлые области усиления/ослабления РЛ-сигнала в плюме без формирования выраженного фронта; (4) проявление плюма за счёт трассеров, таких как лед/скопление биогенных пленок и т.п. ( Митягина, Лаврова, 2024)
Проведен статистический анализ, направленный на выявление частоты визуализации плюмов за счет четырех описанных выше механизмов, и показано, что в различных тестовых районах определяющую роль в формировании РЛ сигнатур плюмов могут играть различные механизмы.

Исследование особенностей проявления на спутниковых радиолокационных изображениях (РЛИ) морской поверхности распресненных плюмов, образованных вытоком р. Висла и выносами вод Калининградского и Куршского заливов в юго-восточной части Балтийского моря выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24–17–00182 «Развитие методов дистанционной диагностики распространения речных вод в прибрежной зоне морей» (https://rscf.ru/project/24-17-00182/) в Институте космических исследований РАН.
Исследование влияния гидродинамических процессов на распространение вод Вислы в Гданьском заливе выполнено в рамках темы «Мониторинг» Госзадания ИКИ РАН, госрегистрация № 122042500031–8.
Обработка и анализ спутниковых данных проводились с использованием возможностей Центра коллективного пользования «ИКИ-мониторинг» с помощью инструментария информационной системы See the Sea.