Данные спутниковой альтиметрии как средство диагностики морского волнения в Черном и Азовском морях

Данные спутниковой альтиметрии на сегодняшний день представляют глобальный источник информации для решения широкого круга задач: от мониторинга крупномасштабных океанских течений до исследования процессов генерации и развития ветровых волн. В работе представлены предварительные результаты использования альтиметрических данных как средства диагностики поля ветровых волн на примере внутренних морей России - Черного и Азовского. Сложность такого исследования заключается в практически полном отсутствии подспутниковых измерений, позволяющих проводить регулярную калибровку данных. Сложившаяся ситуация требует специальных подходов с использованием альтернативных видов информации о морском волнении и разработки новых методов обработки и интерпретации данных.
В настоящей работе использованы данные проекта Европейского космического агентства (ESA) Globwave (www.globwave.org). Для Черного и Азовского морей создаётся региональная база данных альтиметрических измерений морского волнения на основе данных GDR (Geophysical Data Records). На текущий момент база содержит информацию о 21074 спутниковых треках, пересекающих Черное и Азовское моря за период 1985-2012 годы. Измеряемые параметры ветрового волнения представлены значимой высотой волны и коэффициентом обратного рассеяния в Ku- и C-диапазонах радиоволн. Дискретность данных по времени в 1 сек соответствует дискретности по пространству 5-6 километров. По полученному массиву измерений рассчитаны средние климатические и сезонные характеристики морского волнения (значимые высоты волн, периоды и скорости приводного ветра). Оценки скоростей ветра проводились по широко используемым эмпирическим формулам (Chelton and McCabe 1985, Goldhirsh and Dobson 1985, Abdalla 2007). При расчетах периодов волнения использовались как известные эмпирические модели (Quilfen et al. 2004, Mackay et al. 2008, Gommenginger et al. 2003), так и предложенная недавно С.И. Бадулиным (2013) физическая модель волнового периода.
Специальный раздел создаваемой базы данных содержит все точки пространственно-временного совпадения измерений разных спутников, всего 399 точек (match-up points), что позволило провести кросс-калибрацию и получить дополнительную информацию о ветровом волнении. В частности, в работе были апробированы методики расчета направления волнения в этих точках и оценки потоков энергии, связанных с ветро-волновым взаимодействием. Измерения в точках совпадения были сопоставлены также с данными попутных судовых наблюдений массива ICOADS (International Comprehensive Ocean Atmosphere Data Set). По всем параметрам отмечено хорошее качественное и удовлетворительное количественное соответствие (особенно для скоростей приводного ветра). При этом существуют тенденции незначительного (10-15%) расхождения для значимых высот волн и периодов в судовых наблюдениях, что объясняется спецификой точности визуальных оценок ветрового волнения и особенностями эмпирических методов расчета периодов по спутниковым измерениям.
Проведённое исследование демонстрирует хорошие перспективы использования данных альтиметрии в региональных исследовательских и прогностических моделях ветрового волнения.