Оценка параметров внутренних волн в Арктике по данным спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой

А. Е. Погребной

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: pogrebok57@mail.ru

Аннотация

Цель. Разработана методика расчета параметров уединенных внутренних волн (солитонов, генерируемых полусуточным приливом) на основе их проявлений на поверхности океана при наличии льда.

Методы и результаты. Анализировались последовательные зондирования радиолокационных спутников Sentinel-1A и Sentinel-1B к западу от глубоководной части пролива Фрама в августе 2018 г. Идентификация поверхностных проявлений внутренних волн на радиолокационных спутниковых снимках сводится к нахождению тонких светлых полос, вытянутых вдоль волновых гребней. Яркие пиксели, расстояние между которыми меньше визуальной ширины гребней, объединяются в кластеры. Считается, что внутренним волнам, в отличие от льда, соответствуют кластеры с размерами больше порогового значения, для которых анизотропия (отношение полуосей аппроксимирующего эллипса) также велика. Для каждого такого кластера рассчитываются интерполированные пространственные координаты вдоль соответствующего волнового экстремума. На основе предложенной методики оценены горизонтальный размер («длина волны» ~ 1,5 км) и фазовая скорость (~ 1 м/с) уединенных внутренних волн (солитонов), период следования которых составил ~ 24 мин. Скорость распространения лидирующей волны оказалась на 10 % выше, чем у следующей за ней. За время между зондированиями (~ 48 мин) это приводит к увеличению (красному смещению) «длины волны» между ними от 1,3 до 1,6 км. Рассчитаны также значения радиусов кривизны каждого волнового фронта. Информация о пространственном положении центров кривизны фронтов позволяет судить о предположительном месте генерации анализируемых внутренних волн – подводная банка (80° 45' с. ш., 8° 30' з. д.), глубина над которой менее 20 м.

Выводы. Предложенную методику идентификации внутренних волн можно использовать для оценки их кинематических и динамических характеристик.

Ключевые слова

внутренние волны, фазовая скорость внутренних волн, солитоны, спутниковая радиолокация морской поверхности, пролив Фрама, Арктика

Благодарности

Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 21-17-00278.

Для цитирования

Погребной А. Е. Оценка параметров внутренних волн в Арктике по данным спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой // Морской гидрофизический журнал. 2023. Т. 39, № 1. С. 106–119. EDN KYSBKS. doi:10.29039/0233-7584-2023-1-106-119

Pogrebnoi, A.E., 2023. Estimation of Internal Wave Parameters in the Arctic Based on Synthetic Aperture Satellite Radar Data. Physical Oceanography, 30(1), pp. 98-111. doi:10.29039/1573-160X-2023-1-98-111

DOI

10.29039/0233-7584-2023-1-106-119

Список литературы

  1. Tide-mediated warming of Arctic halocline by Atlantic heat fluxes over rough topography / T. Rippeth [et al.] // Nature Geoscience. 2015. Vol. 8. P. 191–194. https://doi.org/10.1038/ngeo2350
  2. Морозов Е. Г., Писарев С. В. Внутренние волны и образование полыньи в море Лаптевых // Доклады Академии Наук. 2004. Т. 398, № 2. С. 255–258. EDN OPTCGN.
  3. Ice flexure forced by internal wave packets in the Arctic Ocean / P. V. Czipott [et al.] // Science. 1991. Vol. 254, iss. 5033. P. 832–835. doi:10.1126/science.254.5033.83
  4. Зубкова Е. В., Козлов И. Е., Кудрявцев В. Н. Наблюдение короткопериодных внутренних волн в море Лаптевых на основе спутниковых радиолокационных измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 6. С. 99–109. EDN XHSDJT. doi:10.21046/2070-7401-2016-13-6-99-109.
  5. Коняев К. В. Внутренний прилив на критической широте // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2000. Т. 36, № 3. С. 396–408.
  6. Морозов Е. Г., Писарев С. В. Внутренний прилив в арктических широтах (численные эксперименты) // Океанология. 2002. Т. 42, № 2. C. 165–173.
  7. Морозов Е. Г., Пака В. Т. Внутренние волны в высокоширотном бассейне // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. C. 709–715. EDN MVSGVV.
  8. Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves // Nature. 1985. Vol. 314, iss. 6008. P. 245–247. doi:10.1038/314245a0
  9. Влияние внутренних волн на характеристики СВЧ‑сигналов, рассеиваемых морской поверхностью / В. В. Баханов [и др.] // Известия Академии наук СССР. Физика атмосферы и океана. 1989. Т. 25, № 4. С. 387–395.
  10. Quad-polarization SAR features of ocean currents / V. Kudryavtsev [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2014. Vol. 119, iss. 9. P. 6046–6065. doi:10.1002/2014JC010173
  11. Hong D.-B., Yang C.-S., Ouchi K. Estimation of internal wave velocity in the shallow South China Sea using single and multiple satellite images // Remote Sensing Letters. 2015. Vol. 6, iss. 6. P. 448–457. doi:10.1080/2150704X.2015.1034884
  12. Tracking the internal waves in the South China Sea with environmental satellite sun glint images / B. Liu [et al.] // Remote Sensing Letters. 2014. Vol. 5, iss. 7. P. 609–618. doi:10.1080/2150704X.2014.949365
  13. Estimation of internal solitary wave propagation speed in the Andaman Sea using multi‑satellite images / C. M. Tensubam [et al.] // Remote Sensing of Environment. 2020. Vol. 252. 112123. doi:10.1016/j.rse.2020.112123
  14. Kozlov I. E., Zubkova E. V., Kudryavtsev V. N. Internal solitary waves in the Laptev Sea: first results of spaceborne SAR observations // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2017. Vol. 14, no. 11. P. 2047–2051. doi:10.1109/LGRS.2017.2749681
  15. Козлов И. Е., Михайличенко Т. В. Оценка фазовой скорости внутренних волн в Арктике по данным последовательных спутниковых РСА-измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 5. С. 181–192. EDN WZMNHK. doi:10.21046/2070-7401-2021-18-5-181-192
  16. Характеристики поля короткопериодных внутренних волн в Карском море по данным спутниковых радиолокационных измерений / И. Е. Козлов [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2015. № 4. С. 44–59. EDN UDEYRL. doi:10.7868/S0205961415040053.
  17. Мониторинг короткопериодных внутренних волн в Белом море / А. В. Зимин [и др.] // Исследование Земли из космоса. 2015. № 5. С. 51–61. EDN UGEULD. doi:10.7868/S0205961415030148
  18. Внутренние волны на шельфе Черного моря в районе Гераклейского полуострова: моделирование и наблюдение / В. А. Иванов [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 4. С. 322–340. doi:10.22449/0233-7584-2019-4-322-340
  19. Бондур В. Г., Морозов Е. Г., Гребенюк Ю. В. Радиолокационное наблюдение и численное моделирование внутренних приливных волн у побережья Северо-Западной Атлантики // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006. Т. 3, № 2. С. 21–29. EDN NDPPEJ.
  20. Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. 1979. Vol. 9, no. 1. P. 62–66. doi:10.1109/TSMC.1979.4310076
  21. Cleveland W. S. Robust Locally Weighted Regression and Smoothing Scatterplots // Journal of the American Statistical Association. 1979. Vol. 74, no. 368. P. 829–836. doi:10.1080/01621459.1979.10481038
  22. Серебряный А. Н. Проявление свойств солитонов во внутренних волнах на шельфе // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 1993. Т. 29, № 2. С. 244–252.
  23. LeVeque R. J., Yong D. H. Solitary waves in layered nonlinear media // SIAM Journal on Applied Mathematics. 2003. Vol. 63, iss. 5. P. 1539–1560. https://doi.org/10.1137/S0036139902408151
  24. Сабинин К. Д., Серебряный А. Н. «Горячие точки» в поле внутренних волн в океане // Акустический журнал. 2007. Т. 53, № 3. С. 410–436. EDN HFFSOU.
  25. Rodenas J. A., Garello R. Wavelet Analysis in SAR Ocean Image Profiles for Internal Wave Detection and Wavelength Estimation // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1997. Vol. 35, no. 4. P. 933–945. doi:10.1109/36.602535
  26. The International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean Version 4.0 / M. Jakobsson [et al.] // Scientific Data. 2020. Vol. 7. 176. https://doi.org/10.1038/s41597-020-0520-9

Скачать статью в PDF-формате