Проявление плюмов реки Кура, распространяющихся в юго-западной части Каспийского моря, в данных спутникового дистанционного зондирования

Представленные в докладе результаты вносят вклад в дальнейшее развитие методов дистанционного наблюдения распространения выноса речных вод в прибрежной зоне Каспийского моря. В фокусе настоящего исследования находятся особенности проявления распреснённых плюмов, образованных вытоком р. Кура в данных спутниковых сенсоров и, в особенности, в данных спутниковой радиолокации. Исследование базируется на данных, полученных в ходе непрерывных спутниковых наблюдений юго-западной части Каспийского моря за десятилетний период с 1 января 2015 г. по 31 декабря 2024 г.
Экспериментальной основой проведенного исследования являются данные спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) C-SAR ИСЗ Sentinel-1A, -1B и данные видимого диапазона высокого пространственного разрешения многоспектральных сенсоров MSI (англ. Multispectral Instrument) ИСЗ Sentinel-2-A,-B и OLI/OLI-2 (англ. Operational Land Imager) ИСЗ Landsat-8, -9. В общей сложности в рамках данного исследования было проанализировано 1909 спутниковых изображений, 1029 из которых были получены в СВЧ диапазоне при помощи спутниковых РСА, а 880 в видимом диапазоне электромагнитного спектра при помощи спутниковых многоспектральных сенсоров.
Естественные ограничения на использование спутниковых данных оптического диапазона, заключающиеся в невозможности их использования для наблюдения за особенностями морской поверхности при неблагоприятных погодных условиях, в частности, при наличии сильной облачности или при недостаточности солнечного освещения в темное время суток, приводят фрагментарности получаемой с их помощью информации. Привлечение данных спутниковой радиолокации, предоставляющей возможности получения информации независимо от солнечного освещения и облачного покрытия, может существенно расширить экспериментальную базу для изучения распространения речных вод в море и позволит избавиться от фрагментарности и разрозненности получаемой информации. Основная задача нашего исследования состояла в изучении закономерностей и особенностей отображения плюмов, образованных стоком реки Кура в прибрежной зоне практически бесприливного Каспийского моря, в данных спутниковой радиолокации и в определении механизмов, определяющих формирование их радиолокационных сигнатур.
Отметим, что Река Кура является типичным представителем рек западного побережья Каспия и сталкивается с общими для них проблемами, такими как зарегулированный сток, постоянное снижение среднегодового расхода и усиление антропогенной нагрузки, главным образом проявляющейся в увеличении забора воды для сельскохозяйственной деятельности. За последние десятилетия интенсивное использование водных ресурсов рек Каспийского моря и регулирование течения основных рек привели к сокращению поверхностного стока в море и изменению его сезонного распределения. Исследования показывают, что за последние тридцать лет годовой сброс реки снизился почти на 50%. Годовой и максимальный сток реки Куры в районе ее дельты в основном уменьшился, в то время как минимальный зимний сток увеличился.
Проанализированные нами спутниковые данные выявили высокую изменчивость и разнообразную морфологию плюмов реки Кура в шельфовой зоне Каспийского моря. Тем не менее, обобщение этих результатов, позволило выделить и описать основные типы радиолокационных образов плюмов, образованных стоком реки Куры, на РСА- изображениях:
- плюмы, ограниченные фронтом, проявляющимся посредством усиления обратно-рассеянного сигнала;
- плюмы с границами, очерченными сликами;
- плюмы, проявляющиеся как области повышенного или пониженного рассеяния радиолокационного сигнала без четкого выраженной границы.
В докладе мы кратко обсудим физические механизмы, определяющие каждый тип визуализации. Кроме того, мы приведем количественные оценки изменений интенсивности обратного рассеяния радиолокационного сигнала внутри плюмов и на их границах для этих основных типов визуализации плюмов на РСА- изображениях. Мы также оценим относительный вклад каждого механизма в формирование РСА-образов плюмов реки Кура.
Обширный набор данных позволил нам получить статистически значимую информацию о пространственной и временной изменчивости речных шлейфов в шельфовой зоне западной части Каспийского моря, продемонстрировав, что данные спутниковой радиолокационной съемки могут расширить экспериментальную базу и способствовать лучшему пониманию распределения речных вод в морях с минимальным приливным влиянием.

Исследование выполнено за счёт 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.