Исследование субмезомасштабных вихрей Черного и Балтийского морей по данным спутниковой радиолокации и радиометрии

В работе исследуются мелкомасштабные вихри (d<10 км) бассейнов Черного и Балтийского морей, регулярно наблюдаемые на спутниковых радиолокационных изображениях (РЛИ) Envisat ASAR и ERS-2 SAR. Общее количество проанализированных изображений около 1500. В работе были задействованы РЛИ следующих категорий:
• высокого пространственного разрешения (12,5 и 75 м) с широкой и узкой полосой обзора, полученные Envisat ASAR и ERS-1,2 SAR моря за апрель-октябрь 2003-2008 гг. и 1998-2008 гг. соответственно для российского сектора Черного моря;
• среднего пространственного разрешения (75 м), полученные Envisat ASAR и ERS-2 SAR за 2009-нач.2010 гг. для различных участков акваторий Черного и Балтийского морей; для этого периода временное покрытие исследуемых акваторий снимками достаточно равномерное.
Особое внимание в работе уделено различным механизмам, благодаря которым вихревые структуры проявляются на РЛИ: пленочный механизм, механизм взаимодействия коротких поверхностных волн со сдвиговым течением и ледовый механизм (только для Балтийского моря). На основе анализа всей совокупности радиолокационных данных для каждого из морей и для каждого из механизмов проявления был оценен характерный пространственный масштаб обнаруженных вихревых образований, знак закручивания, районы наиболее частого проявления, а также сезонная и межгодовая динамика указанных параметров за исследуемый период.
Для исследования гидрологической обстановки, в которой происходило образование детектированных спиральных вихрей, были привлечены спутниковые данные видимого и инфракрасного диапазонов, полученные радиометрами AVHRR NOAA, MODIS Aqua/Terra, MERIS Envisat и ETM+ Landsat. В результате анализа пространственного расположения мелкомасштабных вихрей по отношению к циркуляционным структурам большего масштаба (выявленным по радиометрическим данным) было установлено, что многие из детектированных мелкомасштабных вихрей связаны либо с гидрологическими (в частности, термическими) фронтальными разделами, либо с периферическими (фронтальными) зонами мезомасштабных вихревых структур.
Сопоставление радиолокационных данных с полученными квазисинхронно радиометрическими изображениями видимого и инфракрасного диапазонов показало, что при проявлении на изображениях циркуляционных структур, близких по размерам к мезомасштабным, в 75% случаев наилучшее соответствие с радиолокационными данными демонстрируют поля нормализованной яркости восходящего излучения (551 nm), в оставшихся 25% – поля ТПМ. Концентрация хлорофилла а оказывается самым информативным с точки зрения визуализации течений параметром (по сравнению с ТПМ и нормализованной яркостью восходящего излучения) лишь в исключительных случаях.
Также в результате сравнительного анализа спутниковых радиолокационных и радиометрических изображений было показано, что в Балтийском море в период летнего цветения цианобактерий изображения MODIS Aqua/Terra, MERIS Envisat и ETM+ Landsat, синтезированные в естественных цветах, практически не уступают радиолокационным данным в плане подробности отображения ими вихревых структур, а в некоторых случаях даже превосходят в связи с отсутствием лимитирующего влияния на них скорости ветра. Исключение составляет, вероятно, только самая мелкомасштабная составляющая вихревого спектра, которая может проявляться только на РЛИ в силу их высокого пространственного разрешения. Во время весеннего цветения диатомовых водорослей в Балтийском море такого соответствия установить не удалось.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №08-05-00831 и №10-05-00428, а также гранта Президента РФ MK-927.2009.2. Радиолокационные данные предоставлены Европейским космическим агентством в рамках проекта AO Bear 2775. Радиометрические данные по Черному морю получены на Морском портале Морского гидрофизического института НАНУ, Севастополь.