Preview

Фундаментальная и прикладная гидрофизика

Расширенный поиск

Использование вейвлет-анализа для оценки связи гидрологических и гидрооптических колебаний в диапазоне внутренних волн по данным натурных наблюдений в Белом море

Аннотация

Целью работы является отработка методики совместного статистического анализа пространственно-временной изменчивости данных гидрологических и гидрооптических наблюдений и степени их синхронизации с использованием вейвлет-анализа. Методика вейвлет-анализа позволяет выявлять в исследуемом сигнале нестационарные колебания, связанные с локальными кратковременными процессами в водной толще. Вейвлет-преобразование обеспечивает двумерную развертку одномерной реализации, при этом частота и время рассматриваются как независимые переменные. Это дает возможность анализировать множество одновременно в физическом и в спектральном пространстве. На основании экспериментальных данных, полученных в ходе проведения экспедиционных работ в августе 2013 г. в Белом море на границе Бассейна и пролива Западная Соловецкая Салма, проведен совместный статистический анализ пространственно-временной изменчивости температуры и показателя ослабления света в области слоя скачка на базе вейвлет-преобразования. Выделены основные энергонесущие колебания в диапазоне масштабов 1.5—3 и 5—8 ч. В указанных диапазонах выявлена высокая когерентность между вертикальными смещениями термоклина по данным температуры и показателя ослабления света. Показано, что рост показателя ослабления происходит с отставанием по фазе от температуры на 3—4 ч в пределах масштабов колебаний 5—8 ч и на 0.5—1 ч в диапазоне 1.5—3 ч. Колебания в указанных диапазонах можно идентифицировать как внутренние волны, а также регистрировать с помощью оптических средств. В результате проведенных исследований выявлено, что для пространственно-временной диагностики и оценки вклада колебаний температурного поля как индикатора внутреннего волнения в изменчивость гидрооптических характеристик предпочтительнее проводить анализ сигналов на основе временных рядов вертикальных смещений этих характеристик, т. к. распределение спектральных оценок по глубинам предоставляет только общую информацию о состоянии колебательной системы.

Об авторе

Г. В. Жегулин
Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН
Россия


Список литературы

1. Каган Б. А., Тимофеев А. А. Динамика и энергетика поверхностных и внутренних полусуточных приливов в Белом море // Изв. РАН. Физ. атм. и океана. 2005. Т. 41, № 4. С. 844—850.

2. Зимин А. В, Жегулин Г. В., Козлов И. Е., Мясоедов А. Г., Мохнаткин Ф. Ю., Коноплев А. В. Исследование короткопериодных внутренних волн в Белом море по данным контактных и спутниковых наблюдений // Морские берега — эволюция, экология, экономика: Материалы XXIV Международной береговой конференции, посвященной 60-летию со дня основания Рабочей группы «Морские берега». Туапсе, 1—6 октября 2012 г. Т. 1. Краснодар: Издательский Дом — Юг, 2012. С. 173—176.

3. Зимин А. В., Родионов А. А., Здоровеннов Р. Э., Романенков Д. А., Шевчук О. И., Родионов М. А., Жегулин Г. В. Экспедиционные исследования короткопериодной изменчивости гидрофизических полей в белом море в июле-августе 2012 года с научно-исследовательского судна «Эколог» // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 3. С. 85—88.

4. Зимин А. В., Родионов А. А., Жегулин Г. В. Короткопериодные внутренние волны на шельфе Белого моря: сравнительный анализ наблюдений в различных районах // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2013. Т. 6, № 3. С. 19—33.

5. Короновский А. А., Храмов А. Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 176 с.

6. Torrence C. A Practical Guide to Wavelet Analysis / C. Torrence, G. P. Compo // Bulletin of the American Meteorological Society. 1998. V. 79. P. 61—78.

7. Витязев В. В. Вейвлет-анализ временных рядов. Учеб. пособие. СПб.: Изд-во С.-Петерб. Ун-та, 2001. 58 с.

8. Астафьева Н. М. Вейвлет-анализ: Основы теории и примеры применения // Успехи физических наук. 1996. Т. 166, № 11. С. 1145—1170.

9. Torrence C., Webster P. Interdecadal Changes in the ESNOMonsoon System // J. Clim. 1999. V. 12. P. 2679—2690.

10. Jevrejeva S., Moore J. C., Grinsted A. Influence of the Arctic Oscillation and El Nin˜o-Southern Oscillation (ENSO) on ice conditions in the Baltic Sea: The wavelet approach // J. Geophys. Res. 108(D21), 4677, doi:10.1029/2003JD003417, 2003.

11. Левин И. М., Родионов М. А., Французов О. Н. Погружаемый измеритель показателя ослабления света морской водой // Оптический журн. 2011. № 5. С. 59—63.

12. Addison P. S. Illustrated wavelet transform handbook. Introductory Theory and Applications in Science, Engineering, Medicine and Finance / Paul S. Addison. Bristol: Institute of Physics Publishing, 2002. 400 p.


Рецензия

Для цитирования:


Жегулин Г.В. Использование вейвлет-анализа для оценки связи гидрологических и гидрооптических колебаний в диапазоне внутренних волн по данным натурных наблюдений в Белом море. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016;9(3):48-56.

For citation:


Zhegulin G.V. Using wavelet analysis to assess the relationship of hydrological and hydrooptical oscillations in the range of internal waves according to in situ observations in the White Sea. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2016;9(3):48-56. (In Russ.)

Просмотров: 130


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2073-6673 (Print)
ISSN 2782-5221 (Online)