hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2024.17(1)-5hydrophysics-1301Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESВосстановление структуры течений в Куйбышевском водохранилище с использованием спутниковых данных и натурных измеренийReconstruction of the currents structure in the Kuibyshev Reservoir using satellite data and field measurementshttps://orcid.org/0000-0001-6845-3119КапустинИ. А.KapustinI. A.

Иван Александрович Капустин, заведующий лабораторией, кандидат физико-математических наук

603950; ул. Ульянова, д. 46; 603022; проспект Гагарина, д. 23; 603950; ул. Нестерова, д. 5; Нижний Новгород

Scopus AuthorID: 25629629000; WoS ResearcherID: A-3593-2014

603950; 46 Ulyanova Str.; 603022; 23 Gagarin Avenue; 603950; 5 Nesterova Str.; Nizhny Novgorod

Scopus AuthorID: 25629629000; WoS ResearcherID: A-3593-2014

kia@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8550-2418МольковА. А.MolkovA. A.

Александр Андреевич Мольков, старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

603950; ул. Ульянова, д. 46; 603022; проспект Гагарина, д. 23; 603950; ул. Нестерова, д. 5; Нижний Новгород

Scopus AuthorID: 55377777800; WoS ResearcherID: А-3623-2014

603950; 46 Ulyanova Str.; 603022; 23 Gagarin Avenue; 603950; 5 Nesterova Str.; Nizhny Novgorod

Scopus AuthorID: 55377777800; WoS ResearcherID: А-3623-2014

molkov@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6528-7589ЕрмошкинА. В.ErmoshkinA. V.

Алексей Валерьевич Ермошкин, научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

603950; ул. Ульянова, д. 46; 603022; проспект Гагарина, д. 23; Нижний Новгород

Scopus AuthorID: 54410480500; WoS ResearcherID: D-5271-2015

603950; 46 Ulyanova Str.; 603022; 23 Gagarin Avenue; Nizhny Novgorod

Scopus AuthorID: 54410480500; WoS ResearcherID: D-5271-2015

eav@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5546-1670ДоброхотоваД. В.DobrokhotovaD. V.

Дарья Васильевна Доброхотова, стажер-исследователь

603950; ул. Ульянова, д. 46; 603022; проспект Гагарина, д. 23; Нижний Новгород

Scopus AuthorID: 57219659995; WoS ResearcherID: AAA-7981-2022

603950; 46 Ulyanova Str.; 603022; 23 Gagarin Avenue; Nizhny Novgorod

Scopus AuthorID: 57219659995; WoS ResearcherID: AAA-7981-2022

vostryakova@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9529-2517ДаниличеваО. А.DanilichevaO. A.

Ольга Аркадьевна Даниличева, младший научный сотрудник

603950; ул. Ульянова, д. 46; 603022; проспект Гагарина, д. 23; Нижний Новгород

Scopus AuthorID: 57204632237; WoS ResearcherID: AAG-7486-2020

603950; 46 Ulyanova Str.; 603022; 23 Gagarin Avenue; Nizhny Novgorod

Scopus AuthorID: 57204632237; WoS ResearcherID: AAG-7486-2020

olgadan@ipfran.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5574-7935ЛещевГ. В.LeshchevG. V.

Георгий Владимирович Лещев, инженер-электрик

603950; ул. Ульянова, д. 46; 603022; проспект Гагарина, д. 23; Нижний Новгород

Scopus AuthorID: 57213165519

603950; 46 Ulyanova Str.; 603022; 23 Gagarin Avenue; Nizhny Novgorod

Scopus AuthorID: 57213165519

georgeleshev@ipfran.ruИнститут прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Волжский государственный университет водного транспортаРоссияGaponov-Grekhov Institute of Applied Physics RAS; Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod; Volga State University of Water TransportRussian FederationИнститут прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияGaponov-Grekhov Institute of Applied Physics RAS; Lobachevsky State University of Nizhny NovgorodRussian Federation2024210420241716372Copyright © Капустин И.А., Мольков А.А., Ермошкин А.В., Доброхотова Д.В., Даниличева О.А., Лещев Г.В., 20242024Капустин И.А., Мольков А.А., Ермошкин А.В., Доброхотова Д.В., Даниличева О.А., Лещев Г.В.Kapustin I.A., Molkov A.A., Ermoshkin A.V., Dobrokhotova D.V., Danilicheva O.A., Leshchev G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1301

   Работа посвящена серии первых натурных подспутниковых экспериментов, проведенных в акватории Куйбышевского водохранилища (Камском устье) в 2023 году. Одновременно с судовыми измерениями полей течений и ветра, а также концентрации хлорофилла «а» два спутниковых сканера высокого пространственного разрешения осуществили съемку исследуемого района водохранилища. По последовательным изображениям были восстановлены полятечений стандартным методом максимума кросс-корреляции (МСС), которые затем сравнивались с измерениями акустическим доплеровским профилографом течений (ADCP). В отдельных частях акватории было получено удовлетворительное согласие между восстановленными течениями и данными прямых измерений. А в тех частях акватории, где было зарегистрировано существенное расхождение данных ADCP и МСС, были проанализированы возможные причины расхождений. Сделаны предварительные оценки параметров, оказывающих существенное влияние на возможность восстановления течений методом МСС во внутренних эвтрофированных водоемах, и выявлены некоторые ограничения метода МСС в целом. Проанализированы возможные пути дальнейшего развития метода.

   This paper is devoted to a series of the first field subsatellite experiments conducted in the waters of the Kuibyshev Reservoir (Kama estuary) in 2023. Simultaneously with ship-based measurements of current and wind fields, as well as chlorophyll-a concentration, two high-spatial-resolution satellite scanners surveyed the study area of the reservoir. From sequential images, current fields were reconstructed using the standard maximum cross-correlation (MCC) method, which were then compared with measurements from the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). In certain parts of the water area, satisfactory agreement was obtained between the reconstructed currents and direct measurement current data. And in those parts of the water area where a significant discrepancy between the ADCP and MCC data was recorded, the possible reasons for the discrepancies were analyzed. Preliminary estimates of the parameters that have a significant impact on the possibility of reconstructing currents using the MCC method in inland eutrophicated water bodies have been made, and some limitations of the MCC method as a whole have been identified. Possible ways of further development of the method are analyzed.

теченияфитопланктонвнутренние водоемыоптические спутниковые изображенияADCP-измеренияподспутниковый экспериментcurrentsphytoplanktoninland wateroptical satellite imageryADCP measurementssub-satellite experimentАлгоритмы обработки спутниковых данных и влияние гидрофизических процессов на гидрооптические характеристики анализировались при поддержке гранта РНФ № 23-17-00071, https://rscf.ru/project/23-17-00071. Исследование особенностей течений во внутреннем водоеме с неравномерным стоком проведено в рамках темы госзадания № FFUF-2021-0006Algorithms for processing satellite data and the influence of hydrophysical processes on hydro-optical characteristics were analyzed with the support of the Russian Science Foundation, No. 23-17-00071, https://rscf.ru/proj- ect/23-17-00071. A study of the characteristics of currents in an inland reservoir with irregular flow was carried out within the support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (theme No. FFUF-2021-0006)ReferencesБуторин Н.В. Гидрологические процессы и динамика водных масс в водохранилищах Волжского каскада. Л.: Наука, 1969. 322 с.Butorin N.V. Hydrological processes and water mass dynamics in the Volga cascade reservoirs. Leningrad, Nauka, 1969.322 p. (in Russian).Chen G., Han G., Yang X. On the intrinsic shape of oceanic eddies derived from satellite altimetry // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 228. P. 75–89. doi: 10.1016/j.rse.2019.04.011Chen G., Han G., Yang X. On the intrinsic shape of oceanic eddies derived from satellite altimetry // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 228. P. 75–89. doi: 10.1016/j.rse.2019.04.011Kubryakov A.A., Stanichny S.V., Zatsepin A.G., Kremenetskiy V.V. Long-term variations of the Black Sea dynamics and their impact on the marine ecosystem // Journal of Marine Systems 2016. Vol. 163. P. 80–94. doi: 10.1016/j.jmarsys.2016.06.006Kubryakov A.A., Stanichny S.V., Zatsepin A.G., Kremenetskiy V.V. Long-term variations of the Black Sea dynamics and their impact on the marine ecosystem // Journal of Marine Systems 2016. Vol. 163. P. 80–94. doi: 10.1016/j.jmarsys.2016.06.006Emery W.J., Thomas A., Collins M., Crawford W.R., Mackas D. An objective method for computing advective surface velocities from sequential infrared satellite images // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1986. Vol. 91. P. 12865–12878. doi: 10.1029/JC091iC11p12865Emery W.J., Thomas A., Collins M., Crawford W.R., Mackas D. An objective method for computing advective surface velocities from sequential infrared satellite images // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1986. Vol. 91. P. 12865–12878. doi: 10.1029/JC091iC11p12865Kozlov I.E., Plotnikov E.V., Manucharyan G.E. Brief Communication: Mesoscale and submesoscale dynamics in the marginal ice zone from sequential synthetic aperture radar observations // Cryosphere. 2020. Vol. 14. P. 2941–2947. doi: 10.5194/tc-14-2941-2020Kozlov I.E., Plotnikov E.V., Manucharyan G.E. Brief Communication: Mesoscale and submesoscale dynamics in the marginal ice zone from sequential synthetic aperture radar observations // Cryosphere. 2020. Vol. 14. P. 2941–2947. doi: 10.5194/tc-14-2941-2020Marmorino G., Chen W. Use of WorldView-2 along-track stereo imagery to probe a Baltic Sea algal spiral // Remote Sensing. 2019. Vol. 11. P. 865. doi: 10.3390/rs11070865Marmorino G., Chen W. Use ofWorldView-2 along-track stereo imagery to probe a Baltic Sea algal spiral // Remote Sensing. 2019. Vol. 11. P. 865. doi: 10.3390/rs11070865Osadchiev A., Sedakov R. Spreading dynamics of small river plumes off the northeastern coast of the Black Sea observed by Landsat 8 and Sentinel-2 // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 221. P. 522–533. doi: 10.1016/j.rse.2018.11.043Osadchiev A., Sedakov R. Spreading dynamics of small river plumes off the northeastern coast of the Black Sea observed by Landsat 8 and Sentinel-2 // Remote Sensing of Environment. 2019. Vol. 221. P. 522–533. doi: 10.1016/j.rse.2018.11.043Aleskerova A., Kubryakov A., Stanichny S., Medvedeva A., Plotnikov E., Mizyuk A., Verzhevskaia L. Characteristics of topographic submesoscale eddies off the Crimea coast from high-resolution satellite optical measurement // Ocean Dynamic. 2021. Vol. 71. P. 655–677.Aleskerova A., Kubryakov A., Stanichny S., Medvedeva A., Plotnikov E., Mizyuk A., Verzhevskaia L. Characteristics of topographic submesoscale eddies off the Crimea coast from high-resolution satellite optical measurement // Ocean Dynamic. 2021. Vol. 71. P. 655–677.Danilicheva O.A., Ermakov S.A., Kapustin I.A. Retrieval of surface currents from sequential satellite radar images // Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2020. Vol. 17. P. 93–96. doi: 10.21046/2070-7401-2020-17-6-93-96Danilicheva O.A., Ermakov S.A., Kapustin I.A. Retrieval of surface currents from sequential satellite radar images // Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2020. Vol. 17. P. 93–96. doi: 10.21046/2070-7401-2020-17-6-93-96Shomina O., Danilicheva O., Tarasova T., Kapustin I. Manifestation of spiral structures under the action of upper ocean currents // Remote Sensing. 2022. Vol. 14, N 8. P. 1871. doi: 10.3390/rs14081871Shomina O., Danilicheva O., Tarasova T., Kapustin I. Manifestation of spiral structures under the action of upper ocean currents // Remote Sensing. 2022. Vol. 14, N 8. P. 1871. doi: 10.3390/rs14081871Доброхотова Д.В., Капустин И.А., Мольков А.А., Лещёв Г.В. Исследование влияния режима работы ГЭС на перераспределение фитопланктона в верхнем водном слое в приплотинном участке Горьковского водохранилища // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20, № 1. С. 242–252. doi: 10.21046/2070-7401-2023-20-1-242-252Dobrokhotova D.V., Kapustin I.A., Molkov A.A., Leshchev G.V. A study of the effect of hydropower operation regime on the redistribution of phytoplankton in the upper water layer in the dam section of the Gorki Reservoir. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2023, 20(1), 242–252. doi: 10.21046/2070-7401-2023-20-1-242-252 (in Russian).Гузиватый В.В., Науменко М.А., Румянцев В.А. Оценка поверхностных течений Ладожского озера методом максимальной кросс-корреляции // Исследование Земли из космоса. 2020. № . 1. С. 20–30. doi: 10.31857/S0205961420010042Guzivaty1 V.V., Naumenko1 M.A., Rumyantsev1 V.A. Estimation of velocity of upper layer of Lake Ladoga by using of Maximum Cross Correlation (MCC) Method. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2020, 1, 20–30. doi: 10.31857/S0205961420010042 (in Russian).Алексанин А.И., Алексанина М.Г., Карнацкий А.Ю. Автоматический расчет скоростей поверхностных течений океана по последовательности спутниковых изображений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10, № 2. С. 131–142.Alexanin A.I., Alexanina M.G., Karnatsky A.Y. Automatic computation of sea surface velocities on a sequence of satellite images. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2013, 10 (2), 131–142 (in Russian).Алексанин А.И., Алексанина М.Г., Загумённов А.А., Качур В.А. Повышение точности расчета скоростей поверхностных течений по спутниковым изображениям // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2015. № 3 (181). С. 59–66.Alexanin A.I., Alexanina M.G., Zagumjonnov A.A., Kachur V.A. Improving the accuracy of calculating surface current velocities from satellite images. Vestnik Dalnevostochnogo Otdelenija Rossijskoj Akademii Nauk. 2015, 3 (181), 59–66 (in Russian).Hu Z., Pan D., He X., Song D., Huang N., Bai Y., Xu Y., Wang X., Zhang L., Gong F. Assessment of the MCC method to estimate sea surface currents in highly turbid coastal waters from GOCI // International Journal of Remote Sensing. 2017. Vol. 38, N 2. P. 572–597. doi: 10.1080/01431161.2016.1268737Hu Z., Pan D., He X., Song D., Huang N., Bai Y., Xu Y., Wang X., Zhang L., Gong F. Assessment of the MCC method to estimate sea surface currents in highly turbid coastal waters from GOCI // International Journal of Remote Sensing. 2017. Vol. 38, N 2. P. 572–597. doi: 10.1080/01431161.2016.1268737Елизаров Д.А., Князев Н.А., Лаврова О.Ю., Уваров И.А. Интеграция в спутниковую информационную систему See the Sea данных акустического доплеровского измерителя течений, полученных в ходе подспутниковых измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20, № 3. С. 244–253. doi: 10.21046/2070-7401-2023-20-3-244-253Elizarov D.A., Knyazev N.A., Lavrova O. Yu., Uvarov I.A. Integration into the See the Sea information system of acoustic Doppler current profiler data obtained concurrently with satellite data. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2023, 20(3), 244–253 (in Russian). doi: 10.21046/2070-7401-2023-20-3-244-253Roemmich D., Argo Steering Team. Argo: The challenge of continuing 10 years of progress // Oceanography. 2009. Vol. 22. P. 46–55. doi: 10.5670/oceanog.2009.65Roemmich D., Argo Steering Team. Argo: The challenge of continuing 10 years of progress. Oceanography. 2009, 22, 46–55. doi: 10.5670/oceanog.2009.65The Sentinel Application Platform. URL: https://step.esa.int/main/download/snap-download/ (дата обращения: 10. 11. 2023).The Sentinel Application Platform. URL: https://step.esa.int/main/download/snap-download/ (date of access: 10. 11. 2023).

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