hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-872Research ArticleГИДРООПТИКАHYDROOPTICSМоделирование лидарных изображений нелинейных внутренних волн в мелком мореSimulation of lidar images of nonlinear internal waves in the shallow seaДолинаИ. С.DolinaI. S.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

ДолинЛ. С.DolinL. S.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

Институт прикладной физики РАНРоссияInstitute of applied physics of RASRussian Federation2017201120221013136Copyright © Долина И.С., Долин Л.С., 20222022Долина И.С., Долин Л.С.Dolina I.S., Dolin L.S.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/872

Проведено исследование особенностей формирования лидарных изображений нелинейных внутренних волн в условиях, приближенных к реальным. Выполнен анализ зависимости структуры изображения внутренних волн от характера стратификации показателя ослабления света (приповерхностный и придонный мутные слои, линейная стратификация, тонкая структура показателя ослабления). Показано, что в прибрежных районах Баренцева моря имеются условия для получения контрастных изображений нелинейных внутренних волн. Относительные изменения интенсивности эхо-сигнала, возникающие под влиянием внутренней волны, могут достигать десяти децибел. Максимальное изменение эхо-сигнала наблюдается при наличии слоя мутности в районе пикноклина, при этом в лидарном изображении хорошо отображаются вертикальные перемещения слоя мутности под влиянием внутренней волны. При существенном различии прозрачности воды над пикноклином и под ним формируется теневое изображение внутренней волны, знак контраста которого зависит от полярности солитона и того, какой из слоев верхний или нижний является более мутным. В жидкости с линейной стратификацией показателя ослабления пространственные вариации мощности эхо-сигнала почти линейно воспроизводят поле вертикальных смещений жидкости во внутренней волне. Полученные результаты могут быть использованы для решения задач дистанционной диагностики внутренних волн.

An investigation of the peculiarities in shaping of lidar images of nonlinear internal waves is performed in the conditions approaching the actual. The analysis of the dependence of internal wave images structure on the character the attenuation coefficient stratification is made (surface and bottom turbid layers, linear stratification, fine structure of the attenuation coefficient). It is shown that the conditions for obtaining contrast images of nonlinear internal waves are existent in coastal zones of the Barents Sea. The relative variations of the echo-signal power in the internal wave field may run to ten decibel. The maximum variation of the echo-signal is observed with a turbid layer in a pycnocline region, in this case the vertical displacements of the turbid layer in the internal wave field are effectively manifests. The shadow image of the internal wave is formed with essential distinctions in fluid transparence over and under pycnocline, the contrast sign of this image depends on the polarity of soliton and the fact of what layer (upper or lower) is more turbid. In the case of linear stratification of the attenuation coefficient the spatial variations of the echo-signal power reproduce the field of vertical displacements in the internal wave. These results can be used for solution the problems of lidar remote sensing of internal waves.

лидарпервичные гидрооптические характеристикивнутренние волныслои мутностиlidarinherent optical propertiesinternal wavesturbid layersReferencesHoge F. E., Wright C. W., Krabill W. B., Buntzen R. R., Gilbert G. D., Swift R. N., Yungel J. K., Berry R. E. Airborne lidar detection of subsurface oceanic scattering layers // Applied Optics. 1988. V. 27, N 19. P. 3969—3977.Hoge F. E., Wright C. W., Krabill W. B., Buntzen R. R., Gilbert G. D., Swift R. N., Yungel J. K., Berry R. E. Airborne lidar detection of subsurface oceanic scattering layers // Applied Optics. 1988. V. 27, N 19. P. 3969—3977.Vasilkov P. A., Goldin Y. A., Gureev B. A., Hoge R. F., Swift R. N., Wright C. W. Airborne polarized lidar detection of scattering layers in the ocean // Applied Optics. 2001. V. 40, N 24. P. 4353—4364.Vasilkov P. A., Goldin Y. A., Gureev B. A., Hoge R. F., Swift R. N., Wright C. W. Airborne polarized lidar detection of scattering layers in the ocean // Applied Optics. 2001. V. 40, N 24. P. 4353—4364.Churnside J. H., Donaghay P. L. Thin scattering layers observed by airborne lidar // ICES J. Mar. Sci. 2009. V. 66. P. 778—789.Churnside J. H., Donaghay P. L. Thin scattering layers observed by airborne lidar // ICES J. Mar. Sci. 2009. V. 66. P. 778—789.Churnside J. H., Ostrovsky L. A. Lidar observation of a strongly nonlinear wave train in the Gulf of Alaska // Int. Journ. of Remote Sensing. 2005. V. 26, N 1. P. 167—177.Churnside J. H., Ostrovsky L. A. Lidar observation of a strongly nonlinear wave train in the Gulf of Alaska // Int. Journ. of Remote Sensing. 2005. V. 26, N 1. P. 167—177.Churnside J. H., Marchbanks R. D., Lee J. H., Shaw J. A., Weidemann A., Donaghay P. L. Airborn lidar detection and characterization of internal waves in a shallow fiord // J. Appl. Remote Sens. 2012. V. 6. P. 63611—63615.Churnside J. H., Marchbanks R. D., Lee J. H., Shaw J. A., Weidemann A., Donaghay P. L. Airborn lidar detection and characterization of internal waves in a shallow fiord // J. Appl. Remote Sens. 2012. V. 6. P. 63611—63615.Браво-Животовский Д. М., Долин Л. С., Савельев В. А., Фадеев В. В., Щегольков Ю. Б. Оптические методы диагностики океана. Лазерное дистанционное зондирование // Дистанционные методы изучения океана. Горький: ИПФ АН СССР, 1987. С. 84—125.Браво-Животовский Д. М., Долин Л. С., Савельев В. А., Фадеев В. В., Щегольков Ю. Б. Оптические методы диагностики океана. Лазерное дистанционное зондирование // Дистанционные методы изучения океана. Горький: ИПФ АН СССР, 1987. С. 84—125.Walker R. E., Fraser A. B., Mastracci L., Hochheimer B. F. Optical sounding for internal waves on the ocean thermocline // Oceans 82 Conference Record, 20—22 September 1982 (Washington, DC: American Geophisical Union). P. 247—250.Walker R. E., Fraser A. B., Mastracci L., Hochheimer B. F. Optical sounding for internal waves on the ocean thermocline // Oceans 82 Conference Record, 20—22 September 1982 (Washington, DC: American Geophisical Union). P. 247—250.Долин Л. С., Долина И. С., Савельев В. А. Лидарный метод определения характеристик внутренних волн // Известия РАН, ФАО. 2012. Т. 48, № 4. С. 501—511.Долин Л. С., Долина И. С., Савельев В. А. Лидарный метод определения характеристик внутренних волн // Известия РАН, ФАО. 2012. Т. 48, № 4. С. 501—511.Долин Л. С., Долина И. С. Модель лидарных изображений нелинейных внутренних волн // Известия РАН, ФАО. 2014. Т. 50, № 2. С. 224—231.Долин Л. С., Долина И. С. Модель лидарных изображений нелинейных внутренних волн // Известия РАН, ФАО. 2014. Т. 50, № 2. С. 224—231.Долин Л. С., Долина И. С. Лидарные изображения нелинейных внутренних волн в океане, стратифицированном по плотности, течению и оптическим свойствам // Тр. 12-й всеросс. конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (ГА-2014). СПб.: Наука, 2014. С. 199—202.Долин Л. С., Долина И. С. Лидарные изображения нелинейных внутренних волн в океане, стратифицированном по плотности, течению и оптическим свойствам // Тр. 12-й всеросс. конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (ГА-2014). СПб.: Наука, 2014. С. 199—202.Долин Л. С., Долина И. С. Влияние сдвиговых течений на структуру лидарных изображений нелинейных внутренних волн // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. Т. 7, № 4. С. 49—56.Долин Л. С., Долина И. С. Влияние сдвиговых течений на структуру лидарных изображений нелинейных внутренних волн // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014. Т. 7, № 4. С. 49—56.Левин И. М., Копелевич О. В. Корреляционные связи между первичными гидрооптическими характеристиками в диапазоне 550 нм // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 344—348.Левин И. М., Копелевич О. В. Корреляционные связи между первичными гидрооптическими характеристиками в диапазоне 550 нм // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 344—348.Пелиновский Е. Н., Полухина О. Е., Лэмб К. Нелинейные внутренние волны в океане, стратифицированном по плотности и течению // Океанология. 2000. Т. 40, № 6. С. 805—815.Пелиновский Е. Н., Полухина О. Е., Лэмб К. Нелинейные внутренние волны в океане, стратифицированном по плотности и течению // Океанология. 2000. Т. 40, № 6. С. 805—815.Опыт системных океанологических исследований в Арктике / Под ред. А. Л. Лисицына, М. Е. Виноградова, Е. А. Романкевича. М.: Научный мир, 2001. 644 с.Опыт системных океанологических исследований в Арктике / Под ред. А. Л. Лисицына, М. Е. Виноградова, Е. А. Романкевича. М.: Научный мир, 2001. 644 с.

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