Измерение характеристик короткопериодных внутренних волн при помощи массива дрейфующих термопрофилирующих буев

Е. И. Свергун1, ✉, А. В. Зимин1, 2, С. В. Мотыжeв3, 4, Е. Г. Лунев3, 4, А. П. Толстошеев3, 4, М. С. Воликов3, 4

1 Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

2 Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия

3 Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия

4 ООО «Марлин-Юг», Севастополь, Россия

✉ e-mail: Egor-svergun@yandex.ru

Аннотация

Цель. Описаны технические характеристики быстро разворачиваемой автономной гидрофизической измерительной системы на базе массива дрейфующих буев и методика анализа данных, получаемых на ее основе, для исследования характеристик короткопериодных внутренних волн.

Методы и результаты. Разработанная система построена на основе свободно дрейфующих поверхностных термопрофилирующих буев и станции автоматического приема информации. Каждый из буев имеет измерительную линию с восемнадцатью датчиками температуры и датчиком гидростатического давления, приемник глобального позиционирования, систему сбора данных и спутниковый модем для передачи данных. Приемная станция состоит из блока приема информации, антенн спутниковой связи и системы глобального позиционирования, персонального компьютера со специализированным программным обеспечением. Представлена методика оценки характеристик короткопериодных внутренних волн на основе данных наблюдений автономной гидрофизической системы. Методика основана на измерении разницы во времени между прибытиями цуга волн на разные буи, определяемой по локальным максимумам скользящей дисперсии на глубине залегания пикноклина. Приведены примеры анализа данных наблюдений в большом термостратифицированном водоеме (Онежском озере) и в море (пролив Карские ворота). Представлены полученные оценки фазовой скорости и направления распространения внутренних волн, выполнено их сравнение с простейшими модельными оценками.

Выводы. Разработанный комплекс программных и технических средств существенно упрощает работу по исследованию характеристик короткопериодных внутренних волн в крупных озерах и удаленных районах Мирового океана. Примеры применения системы показали ее универсальность. В перспективе буйковая группировка может быть дополнена новыми буями с дополнительными датчиками, что расширит возможности анализа данных наблюдений.

Ключевые слова

температура воды, методы измерений, натурные измерения, распределенные измерительные системы, короткопериодные внутренние волны, обработка сигналов, Онежское озеро, Карское море

Благодарности

Измерения в Карском море выполнены в рамках научно-образовательной программы «Плавучий университет» (соглашение № 075-01593-23-06). Обработка результатов измерений выполнена в рамках госзадания ИО РАН FMWE-2024-0028.

Для цитирования

Измерение характеристик короткопериодных внутренних волн при помощи массива дрейфующих термопрофилирующих буев / Е. И. Свергун [и др.] // Морской гидрофизический журнал. 2025. Т. 41, № 3. С. 378–395. EDN UUZCGI.

Svergun, E.I., Zimin, A.V., Motyzhev, S.V., Lunev, E.G., Tolstosheev, A.P. and Volikov, M.S., 2025. Measuring the Characteristics of Short-Period Internal Waves Using an Array of Drifting Thermoprofiling Buoys. Physical Oceanography, 32(3), pp. 392-407.

Список литературы

  1. Spirals on the Sea / W. Mink [et el.] // Proceedings of The Royal Society A: Mathematical, Physical And Engineering Sciences. 2000. Vol. 456, iss. 1997. Р. 1217–1280. https://doi.org/10.1098/rspa.2000.0560
  2. Зимин А. В. Субприливные процессы и явления в Белом море. Москва : ГЕОС, 2018. 220 с. EDN FNLVTS.
  3. Примеры подходов к исследованию температурной изменчивости вод шельфа Черного моря при помощи кластера термокос / В. В. Очередник [и др.] // Океанология. 2020. Т. 60, № 2. С. 173–185. EDN YCLUGL. https://doi.org/10.31857/S0030157420010189
  4. Internal Waves Study on a Narrow Steep Shelf of the Black Sea Using the Spatial Antenna of Line Temperature Sensors / A. Serebryany [et al.] // Journal of Marine Science and Engineering. 2020. Vol. 8, iss. 11. 833. https://doi.org/10.3390/jmse8110833
  5. Multi-Sensor Observations Reveal Large-Amplitude Nonlinear Internal Waves in the Kara Gates, Arctic Ocean / I. E. Kozlov [et al.] // Remote Sens. 2023. Vol. 15, iss. 24. 5769. https://doi.org/10.3390/rs15245769
  6. Степанюк И. А. Методы измерений характеристик морских внутренних волн. Санкт-Петербург : РГГМУ, 2002. 138 с. EDN RXGVIT.
  7. Мотыжев С. В., Лунев Е. Г., Толстошеев А. П. Опыт применения автономных дрифтеров в системе наблюдений ледовых полей и верхнего слоя океана в Арктике // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 2. С. 54–68. EDN XTCKW. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2017-2-54-68
  8. Толстошеев А. П., Лунев Е. Г., Мотыжев В. С. Развитие средств и методов дрифтерной технологии применительно к проблеме изучения Черного моря // Океанология. 2008. Т. 48, № 1. С. 149–158. EDN IBYVLJ.
  9. Система мониторинга характеристик гидрофизических полей в субмезомасштабном интервале изменчивости / А. В. Зимин [и др.] // Моря России: год науки и технологий в РФ – десятилетие наук об океане ООН : тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Севастополь, 2021. С. 246–247. EDN SXOYCH.
  10. Метод оценки характеристик короткопериодных внутренних волн по данным массива дрейфующих буев / Е. И. Свергун [и др.] // Моря России: от теории к практике океанологических исследований : тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Севастополь, 2023. С. 102–103. EDN KIAQSP.
  11. Centurioni L. Observations of Large-Amplitude Nonlinear Internal Waves from a Drifting Array: Instruments and Methods // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2010. Vol. 27, iss. 10. P. 1711–1731. https://doi.org/10.1175/2010JTECHO774.1
  12. Lee O. S. Observations on internal waves in shallow water // Limnology and Oceanography. 1961. Vol. 6, iss. 3. P. 312–321. https://doi.org/10.4319/lo.1961.6.3.0312
  13. Observations of internal waves generated by an anticyclonic eddy: a case study in the ice edge region of the Greenland Sea / O. M. Johannessen, [et al.] // Tellus, Series A: Dynamic Meteorology and Oceanography. 2019. Vol. 71, iss.1. P. 1–12. https://doi.org/10.1080/16000870.2019.1652881
  14. On the identification of internal solitary waves from moored observations in the northern South China Sea / Q. Gong [et al.] // Scientific Reports. 2023. Vol. 13, iss. 1. 3133. https://doi.org/10.1038/s41598-023-28565-5
  15. Севостьянов П. А., Самойлова Т. А., Родин А. А. Последовательные регрессии при анализе и прогнозировании вариабельности временных рядов // Инновационные технологии в текстильной и легкой промышленности : материалы Международной научно-технической конференции. 2019. С. 305–307. EDN QMAKUP.
  16. Свердлик Л. Г. Идентификация предсейсмических возмущений в атмосфере с использованием модифицированного критерия STA/LTA // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18, № 3. С. 141–149. EDN FXVUDP. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-3-141-149
  17. Саидов О. А. Мониторинг вариаций газогеохимических параметров в области Дагестанский клин в связи с сейсмическими событиями // Мониторинг. Наука и технологии. 2014. № 4. С. 71–75. EDN TDXDBP.
  18. Using Moving Variance Method to Detect Ocean Currents from Space / A. V. Khodyaev [et al.] // Journal of Siberian Federal University. Engineering and Technologies. 2011. Vol. 4, iss. 2. P. 179–184. EDN NMWLLF.
  19. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. Cанкт-Петербург : Гидрометеоиздат, 1992. 269 с.
  20. Жегулин Г. В., Зимин А. В., Родионов А. А. Анализ дисперсионных зависимостей и вертикальной структуры внутренних волн в Белом море по экспериментальным данным // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 4. С. 47–59. EDN XELWCH.
  21. Remote sensing techniques for detecting internal solitary waves: A comprehensive review and prospects / J. Meng [et al.] // IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine. 2024. Vol. 12, iss. 4. P. 46–78. https://doi.org/10.1109/MGRS.2024.3402673.
  22. Районы генерации нелинейных внутренних волн в Баренцевом, Карском и Белом морях по данным спутниковых РСА измерений / И. Е. Козлов [и др.] // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11, № 4. С. 338–345. EDN TJELGP.
  23. Properties of Short-Period Internal Waves in the Kara Gates Strait Revealed from Spaceborne SAR Data / I. O. Kopyshov [et al.] // Russian Journal of Earth Sciences. 2023. Vol. 23, iss. 5. ESO210. EDN QJSLVL. https://doi.org/10.2205/2023ES02SI10

Скачать статью в PDF-формате

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.