ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ БАРЕНЦЕВА МОРЯ КАК РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 5
1.1 Физико-географическая характеристика моря 5
1.2 Метеорологический и ледовый режим 7
1.2.1. Циркуляция атмосферы и повторяемость ветра различной силы 7
1.2.2. Температура воздуха, облачность и осадки 8
1.2.3. Ледовый покров 10
1.3. Гидрологический режим 10
1.3.1 Температура и соленость вод (крупномасштабная, сезонная, синоптическая изменчивость) 10
1.3.2. Водные массы и фронтальные зоны 13
1.3.3. Динамика вод 15
1.4. Субмезомасштабные вихри 17
1.4.1. Общие сведения 17
1.4.2. Статистическое описание характеристик 18
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 20
2.1. Описание исходных данных 20
2.2. Методы получения и обработки радиолокационных данных 23
2.3. Методы выделения фронтальных зон и построения композитных карт 25
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 29
3.1. Характеристики и расположение субмезомасштабных вихрей Баренцева моря 29
3.2. Фронтальные зоны Баренцева моря и их характеристики 37
3.3. Влияние фронтальных зон на субмезомасштабные вихри 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 51
Многообразие процессов в Мировом океане приводят к формированию неоднородностей физических и динамических характеристик морской воды, на различных пространственно-временных масштабах. Общая классификация включает в себя крупномасштабные, мезомасштабные и мелкомасштабные процессы. Субмезомасштабные процессы - это короткопериодная часть мезомасштаба, с пространственным масштабом от сотен метров до десятка километров и временным масштабом от нескольких часов до суток (Thomas et al., 2008).
Субмезомасштабные процессы являются слабоизученным звеном передачи энергии от мезомасштабных процессов к турбулентности, особенно мало сведений о них в Арктическом регионе Мирового океана, где в последнее время наблюдается значительная климатическая изменчивость. Она приводит к увеличению площади открытых льдов вод, что позволяет шире применять высокоразрешающие спутниковые данные для детектирования поверхностных проявлений субмезомасштабных вихревых структур (Зимин, 2014).
Анализ вихревой динамики является актуальной задачей, так как вихри, обеспечивающие горизонтальные и вертикальный перенос загрязняющих веществ, влияют на экологическое состояние акваторий (Калашникова, 2013; Лаврова, 2015; Зацепин, 2016; Вяли, 2018; Атаджанова, 2019). За счет значительных вертикальных скоростей, вихри выступают в роли небольших апвеллингов, которые поднимают питательные вещества с нижних слоев к поверхности, что может повлиять на биогеохимические процессы (Зацепин, 2016, Алескерова, 2015).
В Арктическом регионе большинство исследований вихревых структур выполнялось только для отдельных сезонов года (Атаджанова, 2017, 2018; Kozlov, 2022). Однако, внутригодовая пространственная динамика и количественные оценки проявлений вихревых структур на внутрисезонном и внутримесячном интервалах ранее не рассматривалась. Получение таких параметров позволит выявить районы с наибольшей встречаемостью вихрей, оценить их диаметр и сопоставить их характеристики с более крупномасштабными процессами - фронтальными зонами.
Цель работы: изучение особенностей внутригодовой динамики характеристик малых вихревых структур в Баренцевом море за 2019 год и оценка ее связи с пространственно-временной изменчивостью Полярной и Прикромочной фронтальных зон.
Указанная цель выполняется с помощью решения следующих задач:
1) Детектировать субмезомасштабные вихревые структуры на акватории Баренцева моря в январе - декабре 2019 года на основе анализа радиолокационных изображений;
2) Детектировать положение поверхностных проявлений Полярной и Прикромочной фронтальных зон в Баренцевом море на основе анализа спутниковых данных по температуре и солености в теплый период 2019 года;
3) Сопоставить оценки пространственно-временной изменчивости характеристик вихревых структур фронтальных зон на синоптическом интервале изменчивости в теплый период года.
Предметом исследования являются субмезомаштабные вихревые структуры, а объектом - Баренцево море.
Для обработки, детектирования, анализа и интерпретации результатов работы использовались следующие методы: визуальный, статистический, картографический, графический.
Работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы.
Использовано около 5 тысяч радиолокационных изображений высокого разрешения, данные по температуре и солености моря, а также по ветру. В качестве исходных данных для выделения вихревых структур использовались данные Sentinel-1 SAR с января по декабрь 2019 года. С помощью РЛИ были определены тип закрутки, координаты центра, диаметр малых вихрей, дата наблюдения для каждого вихря. Также использовались шестичасовые данные о скорости приводного ветра с пространственным разрешением 0,25° продукта WIND_GLO_WIND_L4_REP_OBSERVATIONS_012_006, полученные с сайта Copernicus Marine Environmental Monitoring Service (CMEMS). В качестве исходных данных для выделения фронтальной зоны в работе выступают спутниковые измерения температуры поверхности моря (ТПМ) с спутникового радиометра Suomi NPP-VIIRS и измерения солености поверхности моря (СПМ) с спутника NASA SMAP за период август - сентябрь 2019 года. Положение и характеристики ПФЗ, ПрФЗ определялись с помощью кластерного анализа. На основе результатов было построено 10 композитных карт с положением вихревых структур и областью фронтальных зон.
В результате анализа 4870 радиолокационных изображений, полученные с января по декабрь 2019 г., при среднем покрытии 405 снимков в месяц было выявлено, что наиболее обеспеченным РЛИ является район между архипелагом Шпицберген и Землей Франца-Иосифа. В Баренцевом море было детектировано 784 проявлений малых вихревых структур за год, в виде отдельных вихрей, диполей, групп и нескольких цепочек.
Во все сезоны года вихри образовывались и находились в районах Печорского моря, Новоземельского желоба и банки, Мурманской банки. Район , где не наблюдались вихри во все сезоны года — это желоб Франц-Виктория.
В 2019 году на акватории Баренцева моря преобладали вихри циклонического типа закрутки (752 шт. - 96%). Из всех зарегистрированных вихрей 90% относятся к субмезомасштабу, чей диаметр чаще всего был равен 2 - 4 км (63%). Среднее значение диаметра всех обнаруженных малых вихрей за год составляет 4,5 км, что близко к среднему значению бароклинного радиуса Россби (4,9 км).
Анализ показал, что кол-во вихрей намного больше было обнаружено в летний период (68%), а минимальное количество в зимний - (4%). Вероятными причинами проявлений являются вариации пикноклина, интенсификация приводного ветра и неоднородность рельефа дна.
Установлено, что для ПФЗ в течении теплого периода года параметры ТПМ и СПМ и их градиенты стабильны и имеют общую тенденцию годового хода. Для ПрФЗ величина ТПМ и ее градиентов также устойчива в августе 2019 года. Максимальная встречаемость вихревых структур в области ПФЗ зафиксирована в июле и сентябре. Показано, что на внутримесячных интервалах проявлений вихревых структур в области фронтальных зон отсутствовали. Вероятно, на формирование вихревых структур в Баренцевом море в указанные периоды повлияли другие процессы, как например, интенсификация приводного ветра и неоднородность рельефа дна.
Наибольшее количество вихрей в ПФЗ наблюдалось в июле и сентябре, когда коэффициент превышал 1. При этом, в августе, количество вихрей в области ПФЗ значительно ниже, что отразилось и на величине коэффициента. Максимум приходится на вторую декаду сентября (13,71 шт./тыс.км2), а минимум на середину августа (0,08 шт./тыс.км2).
В данной работе исследованы особенности внутригодовой динамики характеристик малых вихревых структур в Баренцевом море за 2019 год и дана оценка ее связи с пространственно-временной изменчивостью Полярной и Прикромочной фронтальных зон.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
