hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667320020069hydrophysics-101Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSИсследование воздействия внутренних волн на оптические характеристики поверхности моря в шельфовой зоне залива Петра ВеликогоResearch of the influence of internal waves on the optical characteristics of the sea surface in the shelf zone of Peter the Great BayЛипинскаяН. А.LipinskaiaN. A.

690041, ул. Балтийская, д. 43, г. Владивосток

690041, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok

ef.na.hc@gmail.comСалюкП. А.SalyukP. A.

690041, ул. Балтийская, д. 43, г. Владивосток

690091, ул. Суханова, д. 8, г. Владивосток

690041, Baltiyskaya Str., 43, Vladivostok

690090, Sukhanova Str., 8, Vladivostok

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАНРоссияV.I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute FEB RASRussian FederationТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН; Дальневосточный федеральный университетРоссияV.I. Il’ichev Pacific Oceanological Institute FEB RAS; Far Eastern Federal UniversityRussian Federation2020011220211325159Copyright © Липинская Н.А., Салюк П.А., 20212021Липинская Н.А., Салюк П.А.Lipinskaia N.A., Salyuk P.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/101

Проведен анализ вариаций смоделированных коэффициентов яркости моря при прохождении внутренних волн в шельфовой зоне западной части Японского (Восточного) моря в заливе Петра Великого на основе судовых in situ измерений гидрологических и биооптических характеристик морской толщи за 2008–2016 гг. Показано, что наибольшим контрастом для дистанционного наблюдения проявлений внутренних волн в морской толще обладают индексы цвета в диапазоне длин волн 400–500 нм и дистанционно определенные концентрации хлорофилла-а по алгоритмам типа ОС2. Оптимальным спектральным диапазоном для спутниковой идентификации проявления внутренних волн является 440–500 нм с учетом потенциальных ошибок атмосферной коррекции. Получаемые оптические характеристики могут быть напрямую использованы для анализа периода колебаний внутренних волн и их автоматической идентификации на спутниковых изображениях. Положение гребней внутренних волн может быть размазано или смещено, и для его оценки, а также для оценки амплитуды необходимо решение обратной задачи дистанционного зондирования цвета моря с учетом региональных гидрооптических характеристик и непостоянной стратификации оптически-активных компонентов в морской толще, с привлечением данных гидрофизического моделирования.

Based on in situ measurements of the hydrological and bio-optical characteristics of the marine water, an analysis was made of the variations of the simulated remote sensed reflectance spectra of the sea during the passage of internal waves in the shelf zone of Peter the Great Bay. It has been shown that color indices and remotely determined concentrations of chlorophyll-a have the greatest contrast for remote observation of the manifestations of internal waves in the marine column. The optimal spectral range for satellite identification of the manifestation of internal waves is 440–500 nm. The obtained optical characteristics can be directly used to analyze the period of oscillations of internal waves and their automatic identification in satellite images. The position of the crests of the internal waves can be smeared or shifted, and for its estimation, as well as for estimating the amplitude, it is necessary to solve the inverse problem of remote sensing of the color of the sea, taking into account regional hydro-optical characteristics and the unstable stratification of optically active components in the sea mass, using data from hydro-physical modeling.

хлорофилл-аокрашенное растворенное органическое веществокоэффициент яркостииндекс цветавнутренние волныоптически активные компонентыЯпонское мореchlorophyll-acolored dissolved organic matterremote sensed reflectancecolor indicesinternal wavesoptically active componentsSea of JapanОбработка, анализ и моделирование гидрооптических измерений выполнен в рамках госбюджетной темы № АААА-А17–117030110037–8, анализ пространственных проявлений ВВ на морской поверхности выполнен в рамках гранта РНФ № 19–77–10022.ReferencesLiu B., Yang H., Ding X., Li X. Tracking the internal waves in the South China Sea with environmental satellite sun glint images // Remote Sensing Letters. 2014. V. 5, N 7. P. 609–618.Liu B., Yang H., Ding X., Li X. Tracking the internal waves in the South China Sea with environmental satellite sun glint images. Remote Sensing Letters. 2014, 5, 7, 609–618.Дубина В.А., Митник Л.М. Внутренние волны в Японском море: пространственно-временное распределение и характеристики по данным спутникового дистанционного зондирования // Исследование Земли из космоса. 2007. № 3. С. 37–46.Dubina V.A., Mitnik L.M. Internal waves in the Sea of Japan: spatio-temporal distribution and characteristics according to satellite remote sensing data. Issledovanie Zemli iz Kosmosa 2007, 3, 37–46 (in Russian).Liu A., Holbrook J., Apel J. Nonlinear Internal Wave Evolution in the Sulu Sea // Journal of Physical Oceanography. 1985. N 15. P. 1613–1624.Liu A., Holbrook J., Apel J. Nonlinear Internal Wave Evolution in the Sulu Sea. Journal of Physical Oceanography. 1985, 15, 1613–1624.Алексанин А.И., Ким В. Автоматическое обнаружение внутренних волн на спутниковых изображениях и оценка плотности перемешанного слоя // Исследование Земли из космоса. 2015. № 1. С. 44–52.Aleksanin A.I., Kim V. Automatic detection of internal waves on a satellite. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2015, 1, 44–52 (in Russian).Kim H., Son Y.B., Jeong J.-Y., Jo Y.-H. Hourly Observed Internal Waves by Geostationary Ocean Color Imagery in the East/Japan Sea // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2018. N 35. P. 609–617.Kim H., Son Y.B., Jeong J.-Y., Jo Y.-H. Hourly Observed Internal Waves by Geostationary Ocean Color Imagery in the East/Japan Sea. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 2018, 35, 609–617.Werdell P.J., McKinna L.I.W., Boss E., Ackleson S.G., Craig S.E., Gregg W.W., Lee Z., Maritorena S., Roesler C.S., Rousseaux C.S., Stramski D., Sullivan J.M., Twardowski M.S., Tzortziou M., Zhang X. An overview of approaches and challenges for retrieving marine inherent optical properties from ocean color remote sensing. Progress in Oceanography. 2018, 160, 186–212.Werdell P.J., McKinna L.I.W., Boss E., Ackleson S.G., Craig S.E., Gregg W.W., Lee Z., Maritorena S., Roesler C.S., Rousseaux C.S., Stramski D., Sullivan J.M., Twardowski M.S., Tzortziou M., Zhang X. An overview of approaches and challenges for retrieving marine inherent optical properties from ocean color remote sensing. Progress in Oceanography. 2018, 160, 186–212.Su F.C., Ho C.R., Zheng Q., Kuo N.J. Estimating amplitudes of internal waves using satellite ocean colour imagery of the South China Sea // International Journal of Remote Sensing. 2008. V. 29, N 21. P. 6373–6380.Su F.C., Ho C.R., Zheng Q., Kuo N.J. Estimating amplitudes of internal waves using satellite ocean colour imagery of the South China Sea. International Journal of Remote Sensing. 2008, 29, 21, 6373–6380.Daniel T.L., Sung H.N., Steven D.M. Tracking oceanic nonlinear internal waves in the Indonesian seas from geostationary orbit // Remote Sensing of Environment. 2018. V. 208. P. 202–209.Daniel T.L., Sung H.N., Steven D.M. Tracking oceanic nonlinear internal waves in the Indonesian seas from geostationary orbit. Remote Sensing of Environment. 2018, 208, 202–209.Навроцкий В.В. Внутренние волны и тонкая структура в океане // Доклады АН СССР. 1976. 231:5. С. 1080–1083Navrotsky V.V. Internal waves and fine structure in ocean. Doklady AN SSSR. 1976, 231:5, 1080–1083 (in Russian).Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Сабинин К.Д., Серебряный А.Н. Изучение гидродинамических процессов в шельфовой зоне на основе спутниковой информации и данных подспутниковых измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12, № 5. С. 98–129.Lavrova O.Yu., Mityagina M.I., Sabinin K.D., Serebryany A.N. The study of hydrodynamic processes in the shelf zone based on satellite information and data from sub-satellite measurements. Sovremennye Problemy Distancionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2015, 12, 5, 98–129 (in Russian).Mobley C.D. Fast light calculations for ocean ecosystem and inverse models // Optics express. 2011. V. 19, N20. P. 18927–18944.Mobley C.D. Fast light calculations for ocean ecosystem and inverse models. Optics Express. 2011, 19, 20, 18927–18944.Bricaud A. et al. Variations of light absorption by suspended particles with chlorophyll a concentration in oceanic (case 1) waters: Analysis and implications for bio-optical models // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1998. 103(C13). P. 31033–31044.Bricaud A. et al. Variations of light absorption by suspended particles with chlorophyll a concentration in oceanic (case 1) waters: Analysis and implications for bio-optical models. Journal of Geophysical Research: Oceans. 1998, 103(C13), 31033–31044.Morel A., Antoine D., Gentil B. Bidirectional reflectance of oceanic waters: Accounting for Raman emission and varying particle scattering phase function // Applied Optics. 2002. 41. P. 6289–6306.Morel A., Antoine D., Gentil B. Bidirectional reflectance of oceanic waters: Accounting for Raman emission and varying particle scattering phase function. Applied Optics. 2002, 41, 6289–6306.Lee Z.P., Carder K.L., Peacoc T.G., Davis C.O., Mueller J.I. Method to derive ocean absorption coefficients from remote-sensing reflectance // Applied Optics. 1996. V. 35. P. 453–462.Lee Z.P., Carder K.L., Peacoc T.G., Davis C.O., Mueller J.I. Method to derive ocean absorption coefficients from remote-sensing reflectance. Applied Optics. 1996, 35, 453–462.Salyuk P.A., Stepochkin I.E., Krikun V.A., Pavlov A.N. Tuning of hyperspectral bio-optical algorithms in the Peter the Great Bay // Proceedings of SPIE — The International Society For Optical Engineering. 2010. V. 7857. P. 78570H-1–78570H-8.Salyuk P.A., Stepochkin I.E., Krikun V.A., Pavlov A.N. Tuning of hyperspectral bio-optical algorithms in the Peter the Great Bay. Proceedings of SPIE — The International Society For Optical Engineering. 2010, 7857, 78570H-1–78570H-8.Mobley C.D., Gentili B., Gordon H.R., Jin Z., Kattawar G.W., Morel A., Reinersman P., Stamnes K., Stavn R.H. Comparison of numerical models for computing underwater light fields // Applied Optics. 1993. V. 32, N 36. P. 7484–7504.Mobley C.D., Gentili B., Gordon H.R., Jin Z., Kattawar G.W., Morel A., Reinersman P., Stamnes K., Stavn R.H. Comparison of numerical models for computing underwater light fields. Applied Optics. 1993, 32, 36, 7484–7504.Новотрясов В.В., Захарков С.П., Степанов Д.В. Осенний внутренний прилив в прибрежной зоне Японского моря // Метеорология и гидрология. 2016. № 8. C. 64–69.Novotryasov V.V., Zakharkov S.P., Stepanov D.V. Internal tides in the coastal zone of the Sea of Japan in autumn. Russ. Meteorol. Hydrol. 2016, 41, 564–568.Новотрясов В.В., Ляпидевский В.Ю., Павлова Е.П., Храпченков Ф.Ф. Внутренние волны и перемешивание в шельфовой зоне моря // Известия ТИНРО. 2010. Т. 162. С. 324–337.Novotryasov V.V., Lyapidevsky V.Yu., Pavlova E.P., Khrapchenkov F.F. Internal waves and mixing in the shelf zone of the sea. Izvestiya TINRO. 2010, 162, 324–337 (in Russian).Морозов Е.Г., Писарев С.В. Внутренние волны и образование полыней в море Лаптевых // Доклады РАН. 2004. Т. 398, № 2. С. 255–258.Morozov E.G., Pisarev S.V. Internal waves and wormwood formation in the Laptev Sea. Doklady’ RAS. 2004, 398, 2, 255–258 (in Russian).Ярощук И.О., Леонтьев П., Кошелева А.В., Самченко А.Н., Пивоваров А.А., Храпченков Ф.Ф., Швырев А.Н., Ярощук Е.И. Экспериментальные исследования внутренних волн в прибрежной зоне Японского моря // Подводные исследования и робототехника. 2013. № 1(15). C. 37–44.Yaroshchuk I.O., Leontyev P., Kosheleva A.V., Samchenko A.N., Pivovarov A.A., Khrapchenkov F.F., Shvyrev A.N., Yaroshchuk E.I. Experimental studies of internal waves in the coastal zone of the Sea of Japan. Podvodniye Issledovaniya i Robototekhnika. 2013, 1 (15), 37–44 (in Russian).Единая государственная система информации об обстановке в мировом океане. URL: http://esimo.oceanography.ru/tides/index.php?endsea=9&station1=5 (дата обращения: 20.02.2018).The unified state system of information on the situation in the oceans. URL: http://esimo.oceanography.ru/tides/index.php?endsea=9&station1=5 (date of access: 02/20/2018) (in Russian).Ярощук И.О., Леонтьев А.П., Кошелева А.В., Пивоваров А.А., Самченко А.Н., Степанов Д.В., Швырев А.Н. Об интенсивных внутренних волнах в прибрежной зоне залива Петра Великого (Японское море) // Метеорология и гидрология. 2016. № 9. С. 55–62.Yaroshchuk I.O., Leontyev A.P., Kosheleva A.V., Pivovarov A.A., Samchenko A.N., Stepanov D.V., Shvyrev A.N. On intense internal waves in the coastal zone Peter the Great Bay (Sea of Japan). Meteorology and Hydrology. 2016, 9, 55–62 (in Russian).Навроцкий В.В., Ляпидевский В.Ю., Павлова Е.П., Храпченков Ф.Ф. Трансформация и эффекты внутренних волн в прибрежной зоне моря // Океанологические исследования. 2019. Т. 47, № 2. С. 230–245.Navrotsky V.V., Liapidevskii V.Yu., Pavlova E.P., Khrapchenkov F.F. Transformation and effects of internal waves in the nearshore region of sea. Journal of Oceanological Research. 2019, 47, 2, 230–245.Kopelevich O.V., Burenkov V.I., Ershova S.V., Shebertsov S.V., Evdoshenko M.A. Application of SeaWiFS data for studying variability of bio-optical characteristics in the Barents, Black and Caspian seas // Deep-Sea Research II 51: 2004. P. 1063–1091.Kopelevich O.V., Burenkov V.I., Ershova S.V., Shebertsov S.V., Evdoshenko M.A. Application of SeaWiFS data for studying variability of bio-optical characteristics in the Barents, Black and Caspian seas. Deep-Sea Research II 51, 2004, 1063–1091.Ryu J., Han H., Cho S. et al. Overview of geostationary ocean color imager (GOCI) and GOCI data processing system (GDPS) // Ocean Science Journal. 2012. 47. P. 223–233.Ryu J., Han H., Cho S. et al. Overview of geostationary ocean color imager (GOCI) and GOCI data processing system (GDPS). Ocean Science Journal. 2012, 47, 223–233.IOCCG (2012). Ocean-Colour Observations from a Geostationary Orbit. Antoine, D. (ed.), Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group, N 12.IOCCG (2012). Ocean-Colour Observations from a Geostationary Orbit. Antoine, D. (ed.), Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group, N12.Kim H., Son Y.B., Jeong J.-Y., Jo Y.-H. Comparison of Internal Waves in Various Ocean Fields around the Korean Peninsula // Journal of Coastal Research. 2018. Special Issue N 85. P. 466–470.Kim H., Son Y.B., Jeong J.-Y., Jo Y.-H. Comparison of Internal Waves in Various Ocean Fields around the Korean Peninsula. Journal of Coastal Research. 2018, 85, 466–470.Билюнас М.В., Доценко С.Ф. Свободные внутренние волны в неоднородном течении с вертикальным сдвигом скорости // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 1. С. 3–16.Bilyunas M.V., Dotsenko S.F. Free internal waves in an inhomogeneous flow with a vertical velocity shift. Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2012, 1, 3–16 (in Russian).Chassignet E.P., Hurlburt H.E., Metzger E.J., Smedstad O.M., Cummings J., Halliwell G.R., Bleck R., Baraille R., Wallcraft A.J., Lozano C. US GODAE: Global Ocean Prediction with the HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) // Oceanography. 2009. V. 22. P. 64–75.Chassignet E.P., Hurlburt H.E., Metzger E.J., Smedstad O.M., Cummings J., Halliwell G.R., Bleck R., Baraille R., Wallcraft A.J., Lozano C. US GODAE: Global Ocean Prediction with the HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM). Oceanography. 2009, 22, 64–75.Madec G., and the NEMO team. NEMO ocean engine. Note du Pole de modelisation // Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL). 2008. France. N 27. P. 1288–1619.Madec G., and the NEMO team. NEMO ocean engine. Note du Pole de modelisation. Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL). 2008, France, 27, 1288–1619.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.