Исследование воздействия внутренних волн на оптические характеристики поверхности моря в шельфовой зоне залива Петра Великого

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.

1. 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. V. 5, N 7. P. 609–618.

2. 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.

3. Liu A., Holbrook J., Apel J. Nonlinear Internal Wave Evolution in the Sulu Sea // Journal of Physical Oceanography. 1985. N 15. P. 1613–1624.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Навроцкий В.В. Внутренние волны и тонкая структура в океане // Доклады АН СССР. 1976. 231:5. С. 1080–1083

10. 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.

11. Mobley C.D. Fast light calculations for ocean ecosystem and inverse models // Optics express. 2011. V. 19, N20. P. 18927–18944.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. Морозов Е.Г., Писарев С.В. Внутренние волны и образование полыней в море Лаптевых // Доклады РАН. 2004. Т. 398, № 2. С. 255–258.

20. 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.

21. 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).

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. IOCCG (2012). Ocean-Colour Observations from a Geostationary Orbit. Antoine, D. (ed.), Reports of the International Ocean-Colour Coordinating Group, N 12.

27. 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.

28. Билюнас М.В., Доценко С.Ф. Свободные внутренние волны в неоднородном течении с вертикальным сдвигом скорости // Морской гидрофизический журнал. 2012. № 1. С. 3–16.

29. 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.

30. 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.