Восстановление параметров внутренних приливных боров в море Банда по данным спутникового дистанционного зондирования

Представлен алгоритм для оценки вертикальных смещений изопикн и скоростей горизонтальных течений, вызванных внутренними приливными борами по их проявлениям в поле шероховатости на спутниковых изображениях моря Банда. Алгоритм расчёта сформулирован с использованием уравнения Кортевега-де Вриза (KdV), дополненного слагаемым, учитывающим цилиндрическую расходимость. Коэффициенты уравнения KdV — квадратичная нелинейность, дисперсия и скорость линейных внутренних волн с приливной частотой, были рассчитанны с использованием среднеклиматического профиля плотности в море Банда. По спутниковым изображениям были определены скорость солитона, лидирующего в боре, и длина волны в его тыловой зоне. С помощью предложенной методики получены оценки максимального вертикального смещения пикноклина/максимальной амплитуды лидирующего солитона и максимальной скорости поверхностных течений, индуцированных внутренними приливными борами. Из анализа спутниковых наблюдений следует, что внутренние приливные боры в море Банда трансформируются под действием не только нелинейности и дисперсии, но и цилиндрической расходимости. В рамках кноидальной модели внутренних приливных боров показано, что в процессе эволюции энергия его лидирующей и последующих волн затухает вследствие цилиндрической расходимости. Выполнена оценка этого затухания при прохождении расстояния, которое преодолевает лидирующий солитон за время, равное удвоенному приливному периоду.

1. Apel J.R., Holbrook J.R., Liu A.K., Tsai J.J. The Sulu Sea internal soliton experiment // Journal of Physical Oceanography. 1985. V. 15, Iss. 12. P. 1625–1651. doi:10.1175/1520-0485(1985)015<1625: TSSISE>2.0.CO;2

2. Lavrova O., Mityagina M. Satellite survey of internal waves in the Black and Caspian Seas // Remote Sensing. 2017. V. 9, Iss. 9. 892. doi:10.3390/rs9090892

3. Magalhaes J.M., Da Silva J.C.B. Internal solitary waves in the Andaman Sea: New insights from SAR imagery // Remote Sensing. 2018. V. 10, Iss. 6. 861. doi:10.3390/rs10060861

4. Liang J., Li X.-M., Sha J., Jia T., Ren Y. The lifecycle of nonlinear internal waves in the northwestern South China Sea // Journal of Physical Oceanography. 2019. V. 49, Iss. 8. P. 2133–2145. doi:10.1175/JPO-D-18-0231.1

5. Sandstrom H., Elliott J.A. Internal tide and solitons on the Scotian Shelf: A nutrient pump at work // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1984. V. 89, Iss. C4. P. 6415–6426. doi:10.1029/JC089IC04P06415

6. Nash J.D., Shroyer E.L., Kelly S.M., Inall M.E., Duda T.F., Levine M.D., Jones N.L. Musgrave R.C. Are any coastal internal tides predictable? // Oceanography. 2012. V. 25, N2. P. 80–95. doi:10.5670/oceanog.2012.44

7. Osborne A.R., Burch T.L., Scarlet R.I. The influence of internal waves on deep-water drilling // Journal of Canadian Petroleum Technology. 1978. V. 30, Iss. 10. P. 1497–1504. doi:10.4043/2797-MS

8. Horne E., Beckebanze F., Micard D., Odier P., Maas L.R.M., Joubaud S. Particle transport induced by internal wave beam streaming in lateral boundary layers // Journal of Fluid Mechanics. 2019. V. 870. P. 848–869. doi:10.1017/jfm.2019.251

9. Chiu C.S., Ramp S.R., Miller C.W., Lynch J.F., Duda T.F., Tang T.Y. Acoustic intensity fluctuations induced by South China Sea internal tides and solitons // IEEE Journal of Oceanic Engineering. 2004. V. 29. P. 1249–1263. doi:10.1109/JOE.2004.834173

10. Woodson C.B. The fate and impact of internal waves in nearshore ecosystems // Annual Review of Marine Science. 2018. V. 10. P. 421–441. doi:10.1146/annurev-marine-121916–063619

11. Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves // Nature. 1985. V. 314. P. 245–247. doi:10.1038/314245a0

12. Jackson C.R., Da Silva J.C.B., Jeans G., Alpers W., Caruso M.J. Nonlinear internal waves in synthetic aperture radar imagery // Oceanography. 2013. V. 26. P. 68–79. doi:10.5670/oceanog.2013.32

13. Porter D.L., Thompson D.R. Continental shelf parameters inferred from SAR internal wave observations // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 1999. V. 16. P. 475–487. doi:10.1175/1520-0426(1999)016<0475:CSPIFS>2.0.CO;2

14. Fan K., Fu B., Gu Y., Yu X., Liu T., Shi A., Xu K., Gan X. Internal wave parameters retrieval from space-borne SAR image // Frontiers in Earth Science. 2015. V. 9. P. 700–708. doi:10.1007/s11707-015-0506-7

15. Wang J., Yang J., Li J., Ren L., Zheng G. Study on extracting and verifying internal wave parameter of SAR image // Proc. SPIE V. 9638, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, CoastalWaters, and Large Water Regions. Toulouse, France. doi:10.1117/12.2194768

16. Romeiser R., Graber H.C. Advanced remote sensing of internal waves by spaceborne along-track InSAR-A demonstration with TerraSAR-X // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2015. V. 53. P. 6735–6751. doi:10.1109/TGRS.2015.2447547

17. Миропольский Ю.З. Динамика внутренних гравитационных волн в океане. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 302 с.

18. Wang C., Wang X., Da Silva J.C.B. Studies of internal waves in the strait of Georgia based on remote sensing images // Remote Sensing. 2019. V. 11, Iss. 1. 96. doi:10.3390/rs11010096

19. Small J., Hallock Z., Pavey G., Scott J. Observations of large amplitude internal waves at the Malin Shelf edge during SESAME1995 // Continental Shelf Research. 1999. V. 19. P. 1389–1436. doi:10.1016/S0278-4343(99)00023-0

20. Pan J., Jay D.A., Orton P.M. Analyses of internal solitary waves generated at the Columbia River plume front using SAR imagery // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2007. V. 112, Iss. C7. C07014. DOI:10.1029/2006JC003688

21. Константинов О.Г., Новотрясов В.В. Поверхностные проявления внутренних волн по данным видиосистемы берегового базирования // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49, № 3. С. 364–369. doi:10.7868/S0002351513030097

22. Zheng Q., Yuan Y., Klemas V., Yan X. Theoretical expression for an ocean internal soliton synthetic aperture radar image and determination of the soliton characteristic half width // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2001. V. 106. P. 31415–31423. doi:10.1029/2000JC000726

23. Xue J., Graber H.C., Lund B., Romeiser R. Amplitudes estimation of large internal solitary waves in the Mid-Atlantic Bight using synthetic aperture radar and marine X-band radar images // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2013. V. 51. P. 3250–3258. doi:10.1109/TGRS.2012.2221467

24. Hong D.-B., Yang C.-S., Ouchi K. Preliminary study of internal solitary wave amplitude off the East coast of Korea based on synthetic aperture radar data // Journal of Marine Science and Technology. 2016. V. 24, N 6. P. 1194–1203. doi:10.6119/JMST-016–1026–8

25. Benjamin T.B. Internal waves of finite amplitude and permanent form // Journal of Fluid Mechanics. 1966. V. 25. P. 241–270. doi:10.1017/S0022112066001630

26. Benney D.J. Long non-linear waves in fluid flows // Journal of Mathematical Physics. 1966. V. 45. P. 52–63. doi:10.1002/sapm196645152

27. Joseph R.I. Solitary waves in a finite depth fluid // Journal of Physics A Mathematical and General. 1977. V. 10, N 12. L225. doi:10.1088/0305–4470/10/12/002

28. Kubota T., Ko D.R.S., Dobbs L. Propagation of weakly nonlinear internal waves in a stratified fluid of finite depth // Journal of Hydronautics. 1978. V. 12. P. 157–165. doi:10.2514/3.63127

29. Benjamin T.B. Internal waves of permanent form in fluids of great depth // Journal of Fluid Mechanics. 1967. V. 29. P. 559–592. doi:10.1017/S002211206700103X

30. Ono H. Algebraic solitary waves in stratified fluids // Journal of the Physical Society of Japan. 1975. V. 39. P. 1082–1091. doi:10.1143/JPSJ.39.1082

31. Alpers W., Mitnik L.M., Hock L., Chen K.-S. ERS SAR views the tropical and subtropical ocean http://earth.esa.int/application/ERS-SARTropical (дата обращения: 29.05.2022).

32. Jackson Ch.R. An atlas of Internal solitary-like waves and their properties. Second Ed. Alexandria, USA: Global Ocean Associates, 2004. 560 p. URL: https://www.internalwaveatlas.com (дата обращения: 29.05.2022).

33. Apel J.R. Oceanic Internal Waves and Solitons // An Atlas of Oceanic Internal Solitary Waves (May 2002). Oceanic Internal Waves and Solitons by Global Ocean Associates. Prepared for Office of Naval Research — Code 322 PO

34. Gordon A., Susanto D. Banda Sea surface layer divergence // Ocean Dynamics. 2001. V. 52. P. 2–10. doi:10.1007/s10236-001-8172-6

35. Moore T.S. II, Marra J., Alkatiri A. Response of the Banda Sea to the southeast monsoon // Marine Ecology Progress Series. 2003. V. 261. P. 41–49. doi:10.3354/meps261041

36. Wawaruntu J., Fine R., Olson A.L., Gordon A.L. Recipe for Banda Sea Water // Journal of Marine Research. 2000. V. 58, N4. P. 547–569. doi:10.1357/002224000321511016

37. Liang L., Xue H., Shu Y. The Indonesian throughflow and the circulation in the Banda Sea: A modeling study // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124. P. 3089–3106. doi:10.1029/2018JC014926

38. Mitnik L., Dubina V. Non-linear internal waves in the Banda Sea on satellite synthetic aperture radar and visible images // Proceedings IGARSS’09, Cape Town, 2009. С. 4788–4791. doi:10.1109/IGARSS.2009.5417914

39. Новотрясов В.В. Дисперсионные зависимости и вертикальная структура внутренних гравитационных волн на сдвиговом течении // Океанология. 1991. Т. 31, Вып. 6. С. 885–891.

40. Островский Л.А. Нелинейные внутренние волны во вращающемся океане // Океанология. 1978. Т. 18, Вып. 2. С. 181–191.

41. Apel J.R. A new analytical model for internal solitons in the ocean // Journal of Physical Oceanography. 2003. V. 33. P. 2247–2269. doi:10.1175/1520–0485(2003)033<2247: ANAMFI>2.0.CO;2

42. Степанянц Ю.А. Диссипация солитонов внутренних волн при цилиндрической расходимости // Известия АН СССР Физика атмосферы и океана. 1981. Т. 17, № 8. С. 660–661.

43. Susanto R.D., Mitnik L., Zheng Q. Ocean internal waves observed in the Lombok Strait // Oceanography. 2005. V. 18, N 4. P. 80–87. doi:10.5670/oceanog.2005.08

44. Jackson Ch.R., da Silva J.C.B., Jeans G. The generation of nonlinear internal waves // Oceanography. 2012. V. 25, N 2. P. 108–123. doi:10.5670/oceanog.2012.46