Субмезомасштабные вихри в Ладожском озере по данным радиолокационных изображений Sentinel-1 с января по декабрь 2016–2022 гг.

В работе представлены результаты анализа многолетнего массива наблюдений за пространственно-временной изменчивостью характеристик субмезомасштабных вихрей на акватории Ладожского озера по радиолокационным изображениям. В качестве исходных данных использовались более 3500 высокоразрешающих спутниковых снимков Sentinel-1A/B за период с января 2016 по декабрь 2022 г. Представлены обобщенные карты повторяемости субмезомасштабных структур на акватории озера за год и по сезонам. Получены среднегодовые и сезонные оценки изменчивости средних диаметров вихрей в целом и с учетом типа вращения. Показано, что субмезомасштабные вихри являются распространенным явлением на всей акватории озера в период развития прямой термической стратификации и присутствия приповерхностного пикноклина. Чаще всего регистрировались циклонические структуры размерами до 3 км, что не превышает оценок среднего радиуса деформации Россби для Ладожского озера. Вихри чаще всего отмечались к северу от о-ва Валаам. Значительной межгодовой изменчивости в их характеристиках не прослеживалось, они были близки к средним многолетним. Выявлено наличие выраженной внутригодовой изменчивости характеристик субмезомасштабных структур как в частоте и местах встречаемости, так и в меньшей степени в их размерах. Установлено, что наиболее часто вихри наблюдались в районах с глубинами 50–100 м, вблизи областей фронтальных зон различного генезиса. На отдельных примерах показано, что неустойчивость в области фронтальных зон в Ладожском озере может быть одной из доминирующих причин появления групп малых вихрей в условиях, когда топографические эффекты и влияние ветра не должны быть существенными.

1. Филатов Н.Н. Состояние и перспективы исследований гидрофизических процессов и экосистем внутренних водоемов (обзор) // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12, № 1. С. 3–14. doi:10.7868/S2073667319010015

2. Hutter K., Wang Y., Chubarenko I. Physics of Lakes. Volume 2: Lakes as Oscillators. Heidelberg: Springer Berlin, 2011. 646 p. doi:10.1007/978-3-642-19112-1

3. Hamze-Ziabari S.M., Foroughan M., Lemmin U., Barry D.A. Monitoring Mesoscale to Submesoscale Processes in Large Lakes with Sentinel-1 SAR Imagery: The Case of Lake Geneva // Remote Sensing. 2022. Vol. 14. 4967. doi:10.3390/rs14194967

4. Thomas L.N., Tandon A., Mahadevan A. Submesoscale processes and dynamics // Ocean Modeling in an Eddying Regime / Eds. M.W. Hecht, H. Hasumi. Geophysical Monograph Series 2008. Vol. 177. P. 17–38. doi:10.1029/177GM04

5. Lévy M., Ferrari R., Franks P.J.S., Martin А.Р., Rivière Р. Bringing physics to life at the submesoscale // Geophysical Research Letters. 2012. Vol. 39, L14602. doi:10.1029/2012GL052756

6. McKinney P., Holt B., Matsumoto K. Small eddies observed in Lake Superior using SAR and sea surface temperature data // Journal of Great Lakes Research. 2012. Vol. 38. P. 786–797. doi:10.1016/j.jglr.2012.09.023

7. Kostianoy A.G., Soloviev D.M., Kostianaia E.A., Sirota A.M. Satellite remote sensing of Lake Skadar/ Shkodra // Shkodra Lake Environment, Part of the The Handbook of Environmental Chemistry, 2018. Vol. 80. P. 89–120. doi:10.1007/698_2018_308

8. Кондратьев К.Я., Филатов Н.Н., Зайцев Л.В., Зубенко А.В. Особенности динамики вод Ладожского озера по данным дистанционного зондирования // Доклады АН СССР. 1987. T. 293, № 5. C. 1224–1227.

9. Зимин А.В., Атаджанова О.А., Благодатских Е.А. и др. Субмезомасштабные вихревые структуры Ладожского озера по радиолокационным данным Sentinel-1 за теплый период 2019–2022 гг. // Доклады РАН. Науки о Земле. 2024. Т. 514, № 2. С. 350–355. doi:10.31857/S2686739724020201

10. Zimin, A.V., Blagodatskikh, E.A., Atadzhanova, O.A. Small Eddies Observed in Ladoga and Onega Lakes Using SAR Data // Complex Investigation of the World Ocean (CIWO-2023). Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer: Cham, 2023. P. 191–197. doi:10.1007/978-3-031-47851-2_22

11. Hamze-Ziabari S.M., Foroughan M., Lemmin U., Barry D.A. Monitoring mesoscale to submesoscale processes in large lakes with Sentinel-1 SAR imagery: The case of Lake Geneva // Remote Sensing. 2022. Vol. 14, № 19. 4967. doi:10.3390/rs14194967

12. Ginzburg A.I., Kostianoy A.G., Sheremet N.A., Lavrova O. Yu. Water Dynamics and Morphometric Parameters of Lake Sevan (Armenia) in the Summer–Autumn Period According to Satellite Data // Remote Sensing. 2024. Vol. 16. 2285. doi:10.3390/rs16132285

13. Исаев А.В., Рябченко В.А., Коник А.А. Воспроизведение современного климатического состояния экосистемы Ладожского озера // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2024. Т. 17, № 2. С. 50–65. doi:10.59887/2073-6673.2024.17(2)-5

14. Филатов Н.Н. Гидродинамика озер. СПб.: Наука, 1991. 200 с.

15. Bashmachnikov I.L., Kozlov I.E., Petrenko L.A., Glok N.I., Wekerle C. (2020). Eddies in the North Greenland Sea and Fram Strait from satellite altimetry, SAR and high-resolution model data // Journal of Geophysical Research: Oceans.2020. Vol. 125. e2019JC015832. doi:10.1029/2019JC015832

16. Kozlov I.E., Atadzhanova O.A. Eddies in the Marginal Ice Zone of Fram Strait and Svalbard from Spaceborne SAR Observations in Winter // Remote Sensing. 2022. Vol. 14. 134. doi:10.3390/rs14010134

17. Lee J.-S. Digital image smoothing and the sigma filter // Computer Vision, Graphics, and Image Processing. 1984. Vol. 24, N 2. P. 255–269. doi:10.1016/0734-189x(83)90047-6

18. Munk W., Armi L., Fischer K., Zachariasen F. Spirals on the sea // Proceedings of the Royal Society of London A. 2000. Vol. 456. P. 1217–1280. doi:10.1098/rspa.2000.0560

19. Karimova S.S., Gade M. Improved statistics of sub-mesoscale eddies in the Baltic Sea retrieved from SAR imagery // International Journal of Remote Sensing. 2016. Vol. 37, N 10. P. 2394–2414. doi:10.1080/01431161.2016.1145367

20. Stuhlmacher A., Gade M. Statistical Analyses of Eddies in the Western Mediterranean Sea based on Synthetic Aperture Radar Imagery // Remote Sensing of Environment. 2020. Vol. 250. 112023. doi:10.1016/j.rse.2020.112023

21. Kondratyev K. Ya., Filatov N.N., Melentev V.V. et al. Limnology and Remote Sensing: A Contemporary Approach. London: Springer Science & Business Media, 1999. 406 p.

22. 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. doi:10.22449/0233-7584-2017-2-80-90

23. Malm J., Grahn L, Mironov D., Terzhevik A. Field Investigation of the Thermal Bar in Lake Ladoga, Spring 1991 // Hydrology Research. 1993. Vol. 24, N 5. P. 339–358. doi:10.2166/nh.1993.12