Особенности проявления внутренних волн на поверхности океана по данным мульти-сенсорных спутниковых измерений SWOT и Sentinel-1A РСА и моделирования

Представлены результаты исследования проявлений внутренних волн (ВВ) на поверхности океана в морях Индонезии с использованием данных спутниковых инструментов, — SWOT (Surface Water and Ocean Topography) и радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) Sentinel-1A, а также - моделирования (Radar Imaging Model, далее RIM, Kudryavtsev et al., 2005). Спутник SWOT обеспечивает уникальную комбинацию полей контрастов удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) при малых углах падения и аномалий высоты поверхности океана (SSHA). Последнее позволяет рассчитать поле орбитальных скоростей, индуцируемых ВВ на поверхности океана. Через 12 часов после измерений SWOT этот же район океана наблюдался РСА Sentinel-1A. Учитывая полусуточный характер генерации ВВ в этом районе, в РСА изображениях проявились пакеты ВВ, имеющие ту же пространственную структуру (направление распространения, длины волн, число волн в пакетах) и, вероятно, ту же амплитуду, что и при измерениях SWOT. В этом случае, измерения полей аномалий высоты поверхности по SWOT могут быть использованы для анализа и интерпретации поверхностных проявлений ВВ в РСА изображении. Комбинация данных измерений контрастов УЭПР по данным SWOT и РСА, которые дополнены измерениями поля орбитальной скорости ВВ, позволяет получить максимально полное представление о механизмах проявления ВВ на поверхности океана и предоставляет возможность прямой оценки качества моделей формирования радиолокационных проявлений ВВ, в данном случае - RIM.

По данным SWOT измерений двумерных полей SSHA были рассчитаны (с привлечением линейной теории ВВ) поля поверхностных течений, индуцируемых наблюдаемыми ВВ. Эти поля скорости течений совместно с полями скорости и направления ветра (по данным реанализа ERA-5) были использованы в качестве входного параметра в RIM для моделирования модуляций УЭПР для геометрии наблюдений SWOT и РСА Sentinel-1A. Механизмы формирования поверхностных проявлений ВВ в УЭПР поверхности при малых (близких к надиру, SWOT) и умеренных (РСА Sentinel-1A) углах падения принципиально различны. В первом случае, это механизм «квази-зеркальных отражений» от регулярной (не обрушающейся) морской поверхности, УЭПР которых обратно пропорционально среднеквадратичному наклону поверхности, а во втором, — это комбинация резонансного рассеяния от ветровой ряби и радиолокационные отражения от обрушений ветровых волн. Несмотря на это, получено, что пространственная конфигурация проявлений ВВ в SWOT и РСА Sentinel-1A изображениях подобна, однако поля их контрастов – инверсны, т.е. темные/яркие проявлений в SWOT изображениях соответствуют ярким/темным контрастам в РСА изображениях. Расчеты полей контрастов УЭПР по модели RIM для поля скорости ВВ на поверхности, восстановленной по SWOT измерениям SSHA, соответствуют данным наблюдений на качественном и количественном уровне, объясняют наблюдаемое инверсный характер полей УЭПР и различия в амплитуде УЭПР контрастов в SWOT и РСА Sentinel-1A изображениях, связанных с различными механизмами радиолокационного рассеяния.

Благодарности — Результаты, представленные в данной работе, получены при поддержке Министерства науки и высшего образования России, Госзадание FSZU-2025-0005 в РГГМУ и FNNN-2024-0001 в МГИ РАН.