Simulation of lidar images of nonlinear internal waves in the shallow sea
Abstract
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.
About the Authors
I. S. Dolina
Institute of applied physics of RAS
Russian Federation
Russian Federation
Nizhny Novgorod
L. S. Dolin
Institute of applied physics of RAS
Russian Federation
Russian Federation
Nizhny Novgorod
References
1. 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.
2. 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.
3. Churnside J. H., Donaghay P. L. Thin scattering layers observed by airborne lidar // ICES J. Mar. Sci. 2009. V. 66. P. 778—789.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. Долин Л. С., Долина И. С. Модель лидарных изображений нелинейных внутренних волн // Известия РАН, ФАО. 2014. Т. 50, № 2. С. 224—231.
10. 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.
11. 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.
12. Левин И. М., Копелевич О. В. Корреляционные связи между первичными гидрооптическими характеристиками в диапазоне 550 нм // Океанология. 2007. Т. 47, № 3. С. 344—348.
13. 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.
14. Опыт системных океанологических исследований в Арктике / Под ред. А. Л. Лисицына, М. Е. Виноградова, Е. А. Романкевича. М.: Научный мир, 2001. 644 с.
Review
For citations:
Dolina I.S., Dolin L.S. Simulation of lidar images of nonlinear internal waves in the shallow sea. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2017;10(1):31-36. (In Russ.)
Views:
69
Email this article 