Динамика верхнего слоя Северного Ледовитого и Южного океанов
по данным спутниковых измерений

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
<
>

НОВОСТИ

Сотрудники лабораториии приняли участие в Арктической экспедиции

          С помощью беспилотных летательных аппаратов в Арктике учёные снимали дрейф льда. Теперь рассчитывают скорость движения.Чтобы обработать все данные, полученные во время работы на Северном полюсе, у учёных есть год. На август 2023 года назначена следующая экспедиция. До этого времени предстоит освоить и новое оборудование. Дроны и зонды помогут узнать параметры внутренних волн и вихрей, измерить уровень турбулентности в океане.
     

Новая статья в журнале Remote Sensing (Q1) по исследованию вихрей и их влиянию на таяние льда в прикромочной зоне пролива Фрама!

          На основе анализа спутниковых данных Envisat ASAR и Sentinel-1 за зимние периоды 2007 и 2018 гг. выполнено детальное определение характеристик вихревых структур и оценка их влияния на таяние льда в прикромочной ледовой зоне (ПЛЗ) прол. Фрама и вблизи арх. Шпицберген. Анализ 2039 РСА изображений позволил выделить 4619 поверхностных проявлений вихревых структур в ПЗЛ.
           При существенно отличных фоновых ледовых условиях в зимние периоды 2007 и 2018 гг. относительное количество вихрей, зарегистрированных на единицу площади ПЗЛ, было равным в оба года. Результаты анализа показали явное доминирование малых мезомасштабных и субмезомасштабных вихрей в общей выборке. Диаметры вихрей варьировались в диапазоне 1-68 км со средним значением около 6 км для шельфовых районов и 12 км для глубоководных районов.
      Показано, что большинство вихрей образуется на кромке льда и на участках с концентрацией льда менее 20%. С увеличением фоновой концентрации льда наблюдается отчетливый рост средних диаметров вихрей. Циклонические вихри в среднем аккумулируют несколько большее количество льда (53%), чем антициклонические (48%).
      Впервые определена площадь дрейфующего льда, вовлеченного в «средний» вихрь, которая составила около 40 км2. На основе полученной спутниковой информации и исторических экспедиционных данных впервые сделана пространственная оценка горизонтального сокращения площади ледяного покрова в ПЛЗ за счет вихреобразования, составившая в среднем 0.2-0.5 км/день ± 0.02 км/день (Kozlov, Atadzhanova, RS 2022).
Все новости лаборатории >>>

О нас

     Данный сайт содержит информацию о результатах научных исследований, полученных группой молодых ученых из Морского гидрофизического института РАН совместно с коллегами из Института океанологии РАН им. П.П. Ширшова и Санкт-Петербургского государственного университета.
      Представленные на данном сайте результаты были получены в рамках грантов Российского научного фонда (РНФ) № 21-17-00278 «Динамические процессы в Арктике и их влияние на горизонтальный обмен и характеристики ледяного покрова по данным мульти-сенсорных измерений» и № 18-77-00082 «Динамика вихрей и внутренних волн в Арктике на основе измерений спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой нового поколения», а также проекта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) мол_а_вед «Мезо- и субмезомасштабная динамика верхнего слоя Северного Ледовитого океана: синтез спутниковых наблюдений, контактных измерений и результатов численного моделирования».
      Руководитель проектов - к.ф.-м.н., зав. Лаборатории морских полярных исследований ОДМИ МГИ Козлов И.Е.


          С помощью беспилотных летательных аппаратов в Арктике учёные снимали дрейф льда. Теперь рассчитывают скорость движения.Чтобы обработать все данные, полученные во время работы на Северном полюсе, у учёных есть год. На август 2023 года назначена следующая экспедиция. До этого времени предстоит освоить и новое оборудование. Дроны и зонды помогут узнать параметры внутренних волн и вихрей, измерить уровень турбулентности в океане.
     

Результаты

Исследование вихревой динамики

Поля течений в прикромочной зоне

     На основе обработки и анализа квази-синхронных спутниковых измерений Sentinel-1 A/B в районе пролива Фрама рассчитываются поля горизонтальной скорости течений в прикромочной ледовой зоне (ПЛЗ). Для расчетов используется метод максимальной кросс-корреляции (МКК) или вариационной ассимиляции (ВА) данных (Kozlov, Plotnikov, SovrPrDZZK, 2020).
      Итоговые поля течений имеют пространственное разрешение ~100 м, что позволяет исследовать динамику ПЛЗ как в субмезомасштабном интервале пространственно-временной изменчивости, так и на больших масштабах (Kozlov et al., The Cryosphere, 2020).
      Итоговый спутниковый продукт строится и доступен на регулярной основе.
ПОЛЯ ТЕЧЕНИЙ В ПРОЛИВЕ ФРАМА >>

Субмезомасштабные вихри по РСА

      На основе анализа данных спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) Envisat ASAR, ALOS-2 PALSAR-2, Sentinel-1 A/B регистрируются поверхностные проявления океанских вихрей на участках открытой воды и в прикромочной ледовой зоне.
      Определяются координаты центров вихря, его большой и малый диаметры, знак завихренности, относительная площадь льда внутри вихрей (для вихрей ПЛЗ) и полная глубина места, над которым вихрь был идентифицирован.
      На сегодняшний день получена детальная статистика о характеристиках вихрей для всей безледной акватории Северного Ледовитого океана, включая районы прикромочных зон пролива Фрама и Гренландского моря (Kozlov, Atadzhanova, Remote Sens 2021; Petrenko, Kozlov, JPhysCS 2021), морей Чукотского и Бофорта (Kozlov et al., JGR 2019; Artamonova et al., 2020).

Мезомасштабные вихри по данным альтиметрии

   На основе автоматизированной обработки данных измерений спутниковых альтиметров для акватории морей Норвежского, Гренландского, Чукотского и Бофорта выполнена идентификация крупных мезомасштабных вихрей на участках открытой воды.
      Вихри выделялись по аномалиям уровня моря, полученным по ежедневным данным альтиметрии AVISO18 на сетке 0.25°×0.25° с 1993 по 2018 гг.
      В ходе анализа данных определялись координаты центров вихрей, их динамический радиус, орбитальная скорость, знак завихренности, траектория перемещения и время жизни.
      В акватории Норвежского и Гренландского морей выделено более 91 000 вихрей с равным количеством антициклонов и циклонов (Bashmachnikov et al., JGR 2020). Наибольшее количество вихрей наблюдалось в Лофотенской котловине и к югу от плато Воринг.
      Для акватории морей Чукотского и Бофорта выделено около 30 000 вихревых структур, среди них около 2300 составили индивидуальные вихри с примерно равным количеством циклонов и антициклонов, радиусами от 20 до 60 км и значениями орбитальной скорости около 0,05–0,4 м/с (Kubryakov et al., JGR 2021).

Исследования внутренних волн

Прямая оценка фазовой скорости внутренних волн по спутниковым данным

На основе обработки и анализа квази-синхронных спутниковых измерений Sentinel-1 A/B в районе прол. Фрама и арх. Шпицберген рассчитываются фазовые скорости короткопериодных внутренних волн (КВВ).
Максимальные значения фазовой скорости КВВ наблюдаются над плато Ермак и достигают здесь 0,84 м/c±0,03 м/с. В прол. Фрама и на шельфе арх. Шпицберген значения фазовой скорости близки и составляют в среднем 0,2-0,3 м/c± 0,03 м/с.
Полученные значения фазовой скорости КВВ превосходят значения максимальной скорости баротропных приливных течений во всех трех районах их наблюдения, что подтверждает приливной механизм их генерации и распространение при докритических значениях числа Фруда (Kozlov, Mikhaylichenko, 2021).
Cпутниковый продукт cо значениями фазовой скорости КВВ рассчитывается и доступен на регулярной основе.
ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ КВВ В АРКТИКЕ >>>

Экспедиционные исследования внутренних волн в Арктике

   На основе измерений, выполненных в ходе 58-ой экспедиции ПС «Академик Иоффе» в августе 2021 г., исследуются структура и динамика короткопериодных внутренних волн (КВВ) в проливе Карские Ворота.
      В ходе измерений термопрофилирующими косами, учащённых CTD- зондирований и съемки с беспилотного летательного аппарата (БПЛА) в проливе Карские Ворота был зарегистрирован цуг аномально высоких КВВ. Временная развертка выявила выраженные колебания изотермических поверхностей в слое 10-70 м высотой 30-40 м.
      Анализ синхронных и разнесенных в пространстве измерений позволил определить направление распространения и фазовую скорость наблюдаемых КВВ, составляющую около 1 м/с относительно судна.

Исследование поля внутренних волн в Южном океане

      На основе обработки и анализа спутниковых измерений Sentinel-1 A/B в феврале 2020 г. получены первые результаты наблюдения короткопериодных внутренних волн (КВВ) над свободными ото льда районами Южного океана.
      Всего было рассмотрено 1037 радиолокационных изображений, на которых идентифицировано 6888 поверхностных проявлений (ПП) КВВ. Ключевые районы наблюдения внутренних волн, определяемые их максимальной повторяемостью, зарегистрированы в проливе Дрейка, над континентальным склоном к северо-востоку от антарктического полуострова в акватории моря Скоша, также над склоном шельфа в акватории моря Содружества.
      Внутренние волны наблюдались в виде пакетов из 4–5 уединенных волн с длиной гребня лидирующей волны около 15-30 км при средней ширине пакета около 15 км (большинство значений находится в пределах 10–25 км) и характерным уменьшением расстояния между ними в сторону тыла пакета, одиночные солитоны фиксировались редко. Результаты работы готовятся к публикации.

Экспедиционные исследования

          В августе-сентябре 2021 г. мы приняли участие в 58-ом рейсе ПС «Академик Иоффе» в Карское море в рамках совместного проекта «Плавучий университета» МФТИ и ИО РАН.
           Команда от МГИ составила костяк отряда Дистанционного зондирования, которым была выполнена серия комплексных измерений с помощью термокосы TPArctic (длиной 48 м), мультипараметрического зонда и дронов DJI Mavic 2 Pro и DJI Mavic Enterprise Dual в различных районах Карского моря, включая области открытой воды и прикромочной ледовой зоны.
      Экспедиция оказалась чрезвычайно важные результаты в области исследования внутренних волн большой амплитуды, вихревых структур и динамики прикромочной ледовой зоны. В настоящее время ведется обработка и анализ выполненных измерений и их подготовка в публикации.

Публикации

2022

2021

2020

2019

Контакты

Руководитель проектов к.ф.-м.н. Козлов Игорь Евгеньевич, в.н.с. Отдела дистанционных методов исследований, МГИ РАН.
Ученый секретарь ЛМПИ Петренко Лариса Алексеевна, larcpetr@gmail.com

Россия
Севастополь, Капитанская 2

ik@mhi-ras.ru
larcpetr@gmail.com

+7 8692 54 52 54