hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.7868/S2073667319030055hydrophysics-71Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESАнализ характеристик проявлений субмезомасштабных вихрей Баренцева, Карского и Белого морей по данным спутниковых наблюденийAnalysis of the characteristics of the submesoscale eddy manifestations in the Barents, the Kara and the White Seas using satellite dataАтаджановаО. А.AtadzhanovaO. A.

г. Москва

Moscow

oksana.atadzhanova@gmail.comЗиминА. В.ZiminA. V.

г. Москва; г. Санкт-Петербург; г. Петрозаводск

Moscow; St.-Petersburg; Petrozavodsk

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАН; Санкт-Петербургский государственный университет; Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology of Russian Academy of Sciences; St.-Petersburg State University; Northern Water Problems Institute, Karelian Research Centre, Russian Academy of SciencesRussian Federation2019301120211233645Copyright © Атаджанова О.А., Зимин А.В., 20212021Атаджанова О.А., Зимин А.В.Atadzhanova O.A., Zimin A.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/71

Перевод Е. С. Кочеткова, 2019

Приведены обобщенные результаты исследования поверхностных проявлений субмезомасштабных вихрей в Баренцевом, Карском и Белом морях на основе анализа около 3.5 тысяч спутниковых радиолокационных изображений в безледный период за несколько лет в период с 2007 по 2012 гг. Для выявления общих черт субмезомасштабной вихревой активности на фоне процессов большего масштаба использовались данные по температуре поверхности моря, по которым оценивалось положение фронтальных зон, и сведения о приливных процессах за тот же период.

На акваториях исследуемых морей было зарегистрировано около 4.5 тысяч структур. Показано, что субмезомасштабные вихри – распространенное явление в летний сезон на акватории описываемых морей. Чаще всего встречаются вихри диаметром 2–4 км. Установлено, что во всех морях преобладает циклонический тип проявлений вихрей, при этом размер антициклонических структур в среднем всегда больше. Максимальное число вихрей наблюдается в начальный период формирования сезонного приповерхностного пикноклина. Сопоставление положений поверхностных проявлений вихревых структур с положениями фронтальных зон и топографией дна показало, что частая встречаемость проявлений преимущественно отмечается вблизи и внутри областей изменчивости фронтальных зон, а также в районах со значительными неровностями дна. В районах подводных возвышенностей максимальное количество вихревых структур фиксировалось в период сизигийного прилива.

Translated by E.S. Kochetkova

The paper presents generalized results of a study on submesoscale eddies’ surface manifestations in the Barents, Kara, and White Seas based on the analysis of about 3.5 thousand satellite radar images during ice-free periods for several years from 2007 to 2012. For general features determination of submesoscale eddies’ activity against processes of larger scale, sea surface temperature data, which allowed assessment of frontal zones position, and tidal data were used the same period. About 4.5 thousand structures were registered in the investigated seas. It is shown that submesoscale eddies are a common phenomenon in the warm season in the areas of the Barents, Kara, and the White Seas. Eddy structures with a diameter from 2 to 4 km are most often registered. It has been established that the cyclonic type of eddies’ manifestations is a prevalent type of structures, while the size of anticyclonic structures is larger on average. The maximum number of eddies is observed in the initial period of formation of the seasonal near-surface pycnocline. Comparison of the positions of eddies’ surface manifestations, the frontal zone positions, and the bottom topography showed that the frequent occurrence of eddies is predominantly observed near and within the areas of the variability of the frontal zones. And also eddy structures are registered in regions where there are significant bottom irregularities. The maximum number of eddy structures in these regions was recorded principally during the period of a spring tide.

субмезомасштабные вихрирадиолокационные изображенияфронтальные зоныприливБаренцево мореКарское мореБелое мореsubmesoscale eddiesSAR-imagessea surface temperaturefrontal zoneBarents SeaKara SeaWhite SeaReferencesMahadevan A., Tandon A. An analysis of mechanisms for submesoscale vertical motion at ocean fronts // Ocean Modell. 2006. V. 14. Р. 241–256.Mahadevan A., Tandon A. An analysis of mechanisms for submesoscale vertical motion at ocean fronts. Ocean Modell. 2006, 14, 241–256.Thomas L.N., Tandon А., Mahadevan А. Submesoscale processes and dynamics // Ocean Modeling in an Eddying Regime, Geophys. Monogr. Ser. 2008. V. 177. P. 17–38.Thomas L.N., Tandon А., Mahadevan А. Submesoscale processes and dynamics. Ocean Modeling in an Eddying Regime, Geophys. Monogr. Ser. 2008, 177, 17–38.Костяной А.Г., Гинзбург А.И., Шеремент Н.А., Лаврова О.Ю., Митягина М.И. Мелкомасштабные вихри Черного моря // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 1. С. 248–259.Kostyanoj A.G., Ginzburg A.I., Sherement N.A., Lavrova O.Yu., Mityagina M.I. Small-scale eddies in the Black Sea. Sovremennye Problemy Distancionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2010, 7(1), 248–259 (in Russian).Зацепин А.Г., Баранов В.И., Кондрашов А.А., Корж А.О., Кременецкий В.В., Островский А.Г., Соловьев Д.М. Cубмезомасштабные вихри на Кавказском шельфе Черного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51, № 4. С. 592–605.Zatsepin A.G., Kremenetskiy V.V., Ostrovskii A.G., Baranov V.I., Kondrashov A.A., Korzh A.O., Soloviev D.M. Submesoscale eddies at the caucasus Black Sea shelf and the mechanisms of their generation. Oceanology. 2011, 51, 4, 554–567.Митягина М.И., Лаврова О.Ю. Спутниковые наблюдения вихревых и волновых процессов в прибрежной зоне северо-восточной части Черного моря // Исследование Земли из космоса. 2009. № 5. С. 72–79.Mityagina M.I., Lavrova O.Yu. Satellite observations of eddy and wave processes in the coastal waters of the North-Eastern Black Sea. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2009, 5, 72–79 (in Russian).Каримова С.С. Статистический анализ субмезомасштабных вихрей Балтийского, Черного и Каспийского морей по данным спутниковой радиолокации // Исследование Земли из космоса. 2012. № 3. C. 31–47.Karimova S.S. Statistical analysis of submesoscale eddies in the Baltic, Black and Caspian Seas using satellite SAR images. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2012, 3, 31–47 (in Russian).Karimova S., Gade M. Eddies in the Red Sea as seen by satellite SAR imagery // Remote Sensing of the African Seas. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2014. P. 357–378.Karimova S., Gade M. Eddies in the Red Sea as seen by satellite SAR imagery. Remote Sensing of the African Seas. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2014, 357–378.Redondo J.M., Karimova S.S. Eddy structure and patterns in the oceans and atmospheres // In Proceedings Topical Problems of Fluid Mechanics, Prague, 2018. P. 235–242.Redondo J.M., Karimova S.S. Eddy structure and patterns in the oceans and atmospheres. Proceedings Topical Problems of Fluid Mechanics, Prague. 2018, 235–242.Mensa J.A., Timmermans M.-L., Kozlov I.E., Williams W.J., Özgökmen T. Surface drifter observations from the Arctic Ocean’s Beaufort Sea: Evidence for submesoscale dynamic // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018. V. 123. P. 2635–2645.Mensa J.A., Timmermans M.-L., Kozlov I.E., Williams W.J., Özgökmen T. Surface drifter observations from the Arctic Ocean’s Beaufort Sea: Evidence for submesoscale dynamic. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2018, 123, 2635–2645.Костяной А.Г., Гинзбург А.И., Лаврова О.Ю., Митягина М.И. Дистанционное зондирование субмезомасштабных вихрей в морях России // Сборник трудов Международного симпозиума «Мезомасштабные и субмезомасштабные процессы в гидросфере и атмосфере» (МСП-2018), посвященного 90-летию проф. К.Н. Федорова. М.: ИО РАН, 2018. С. 184–187.Kostyanoj A.G., Ginburg A.I., Lavrova O.Yu., Mityagina M.I. Remote sensing of submesoscale eddies in the seas of Russia. Sbornik trudov Mezhdunarodnogo simpoziuma «Mezomasshtabnye i submezomasshtabnye processy v gidrosfere i atmosfere» (MSP-2018), posvyashhennogo 90-letiyu prof. K.N. Fedorova. M.: IO RAN, 2018, 184–187 (in Russian).Zhao M., Timmermans M.-L., Cole S., Krishfield R., Proshutinsky A., Toole J. Characterizing the eddy field in the Arctic Ocean halocline // Journal of Geophysical Research Oceans. 2014. V. 119, № 12. P. 8800–8817.Zhao M., Timmermans M.-L., Cole S., Krishfield R., Proshutinsky A., Toole J. Characterizing the eddy field in the Arctic Ocean halocline. Journal of Geophysical Research Oceans. 2014, 119, 12, 8800–8817.Manucharyan G.E., Thompson A.F. Submesoscale sea ice‐ocean interactions in marginal ice zones // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122, № 12. P. 9455–9475.Manucharyan G.E., Thompson A.F. Submesoscale sea ice‐ocean interactions in marginal ice zones. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017, 122, 12, 9455–9475.Зимин А.В. Субприливные процессы и явления в Белом море. М: ГЕОС, 2018. 220 с.Zimin A.V. Subtidal processes and phenomena in the White Sea. M., GEOS, 2018. 220 p (in Russian).Dickey T.D., Lewis M.R., Chang G.C. Optical oceanography: recent advances and future directions using global remote sensing and in situ observations // Reviews of Geophysics. 2006. V. 44(1). P. 1–39.Dickey T.D., Lewis M.R., Chang G.C. Optical oceanography: recent advances and future directions using global remote sensing and in situ observations. Reviews of Geophysics. 2006, 44, 1, 1–39.Nurser A.J. G., Bacon S. The Rossby radius in the Arctic Ocean // Ocean Science. 2014. V. 10, № 6. P. 967–975.Nurser A.J.G., Bacon S. The Rossby radius in the Arctic Ocean. Ocean Science. 2014, 10, 6, 967–975.Зимин А.В., Атаджанова О.А., Романенков Д.А., Козлов И.Е., Шапрон Б. Субмезомасштабные вихри в Белом море по данным спутниковых радиолокационных измерений // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 1–2. С. 129–135.Zimin A.V., Atadzhanova O.A., Romanenkov D.A., Kozlov I.E., Shapron B. Submesoscale eddies in the White Sea based on satellite SAR data. Issled. Zemli iz Kosmosa. 2016, 1–2, 129–135 (in Russian).Романенков Д.А., Зимин А.В., Родионов А.А., Атаджанова О.А., Козлов И.Е. Изменчивость фронтальных разделов и особенности мезомасштабной динамики вод Белого моря // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016. Т. 9, № 1. С. 59–72.Romanenkov D.A., Zimin A.V., Rodionov A.A., Atadzhanova O.A., Kozlov I.E. Variability of Fronts and Features of Mesoscale Water Dynamics in the White Sea. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2016, 9 (1), 59–72 (in Russian).Атаджанова О.А., Зимин А.В., Романенков Д.А., Козлов И.Е. Наблюдение малых вихрей в Белом, Баренцевом и Карском морях по данным спутниковых радиолокационных измерений // Морской гидрофизический журнал. 2017. № 2. С. 80–90.Atadzhanova O.A., Zimin A.V., Romanenkov D.A., Kozlov I.E. Satellite radar observations of small eddies in the White, Barents and Kara Seas. Physical Oceanography. 2017, 2, 75–83.Атаджанова О.А., Зимин А.В., Свергун Е.И., Коник А.А. Субмезомасштабные вихревые структуры и фронтальная динамика в Баренцевом море // Морской гидрофизический журнал. 2018. № 3. С. 237–246.Atadzhanova O.A., Zimin A.V., Svergun E.I., Konik A.A. Submesoscale Eddy Structures and Frontal Dynamics in the Barents Sea. Physical Oceanography. 2018, 3, 220–228.Каменкович В.М., Кошляков М.М., Монин А.С. Синоптические вихри в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 511 с.Kamenkovich V.M., Koshlyakov M.M., Monin A.S. Synoptic eddies in the ocean. L., Gidrometeoizdat, 1987, 511 p. (in Russian).Родионов В.Б., Костяной А.Г. Океанические фронты морей Северо-европейского бассейна. М.: ГЕОС, 1998. 292 с.Rodionov V.B., Kostyanoj A.G. Ocean fronts of the seas of the North European basin. M., GEOS, 1998, 292 p. (in Russian).Каримова С.С. О проявлении вихревых структур на радиолокационных изображениях // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2010. Т. 7, № 3. С. 152–160.Karimova S.S. About vortical structures manifestation in satellite radar images. Sovremennye Problemy Distantsionnogo Zondirovaniya Zemli iz Kosmosa. 2010, 7, 3, 152–160 (in Russian).Karimova S. Spiral eddies in the Baltic, Black and Caspian seas as seen by satellite radar data // Advances in Space Research. 2012. V. 50. P. 1107–1124.Karimova S. Spiral eddies in the Baltic, Black and Caspian seas as seen by satellite radar data. Advances in Space Research. 2012, 50, 1107–1124.Атаджанова О.А. Особенности субмезомасштабной вихревой динамики Баренцева, Карского и Белого морей по данным спутниковых наблюдений: дис. … канд. геогр. наук: 25.00.28. ИО РАН, СПб., 2019. 135 с.Аtadzhanova O.А. Features of the submesoscale eddy dynamics of the Barents, Kara and White Seas according to satellite observations: dis. … kand. geogr. nauk: 25.00.28. IO RАN, SPb., 2019. 135 p. (in Russian).Пантюлин А.Н. Динамика, структура и водные массы: глава в монографии «Система Белого моря. Том II. Водная толща и взаимодействующая с ней атмосфера, криосфера, речной сток и биосфера». М.: Научный мир, 2012. С. 309–379.Pantyulin А.N. Dynamics, structure and water masses. The system of the White Sea. Volume II The water column and the atmosphere interacting with it, the cryosphere, river runoff and biosphere. M., Nauchnyj mir, 2012, 309–379 (in Russian).Vage S., Basedow S.L., Tande K.S., Zhou M. Physical structure of the Barents Sea Polar Front near Storbanken in August 2007 // Journal of Marine System. 2014. V. 130. P. 256–262.Vage S., Basedow S.L., Tande K.S., Zhou M. Physical structure of the Barents Sea Polar Front near Storbanken in August 2007. Journal of Marine System. 2014, 130, 256–262.Pavlov V.K., Timokhov L.A., Baskakov G.A., Kulakov M.Y., Kurazhov V.K., Pavlov P.V., Pivovarov S.V., Stanovoy V.V. Hydrometeorological regime of the Kara, Laptev, and EastSiberian seas / Technical Memorandum APL–UW TM1–96, University of Washington, 1996. 179 p.Pavlov V.K., Timokhov L.A., Baskakov G.A., Kulakov M.Y., Kurazhov V.K., Pavlov P.V., Pivovarov S.V., Stanovoy V.V. Hydrometeorological regime of the Kara, Laptev, and EastSiberian seas. Technical Memorandum APL–UW TM1–96, University of Washington, 1996. 179 p.Кубряков А.А., Станичный С.В., Зацепин А.Г., Кременецкий В.В. Распространение речных вод в Черном и Карском морях по спутниковым измерениям уровня, солености и хлорофилла А // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: МГИ НАНУ, 2013. № 27. С. 394–398.Kubryakov A.A., Stanichnyj S.V., Zacepin A.G., Kremeneckij V.V. The propagation of the river waters in the Black and Kara sea from satellite measurements of sea level, salinity and concentration of the chlorophylla a. E’kologicheskaya bezopasnost’ pribrezhnoj i shel’fovoj zon i kompleksnoe ispol’zovanie resursov shel’fa. Sevastopol’, MGI NANU, 2013, 27, 394–398 (in Russian).Сергеева В.М., Суханова И.Н., Дружкова Е.И., Сажин А.Ф., Демидов А.Б., Мошаров С.А., Кременецкий В.В., Полухин А.С. Структура и распределение фитопланктона в глубоководных районах северной части Карского моря // Экосистема Карского моря – новые данные экспедиционных исследований. Материалы научной конференции. М.: АПР, 2015. С. 111–115.Sergeeva V.M., Suxanova I.N., Druzhkova E.I., Sazhin A.F., Demidov A.B., Mosharov S.A., Kremeneckij V.V., Poluxin A.S. The structure and distribution of phytoplankton in the deep waters of the northern Kara Sea. E’kosistema Karskogo morya – novye dannye e’kspedicionnyx issledovanij. Materialy nauchnoj konferencii. M., APR, 2015, 111–115 (in Russian).Зимин А.В., Коник А.А., Атаджанова О.А. Количественные оценки изменчивости характеристик температуры поверхности моря в районе фронтальных зон Баренцева моря // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. 2018. № 51. С. 99–108.Zimin A.V., Konik A.A., Atadzhanova O.A. Quantitative estimations of the variability of characteristics of the temperature of the sea (SST) surface in the front of the frontal zone of the Barents Sea. Uchenye Zapiski Rossijskogo Gosudarstvennogo Gidrometeorologicheskogo Universiteta. 2018, 51, 99–108 (in Russian).Коник А.А., Атаджанова О.А., Зимин А.В. Фронтальные зоны Баренцева и Карского морей // Процессы в геосредах. № 3(17). 2018. С. 239–240.Konik A.A., Atadzhanova O.A., Zimin A.V. Frontal zones of the Barents and Kara Seas. Processy v Geosredakh. 2018, 3(17), 239–240 (in Russian).

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