Сравнение течений по данным КВ и СВЧ радиолокаторов с данными ADCP и дрифтеров на гидрофизическом полигоне в Геленджике

Представлены результаты комплексного эксперимента измерения скорости течения, который был реализован на черноморском гидрофизическом полигоне ИО РАН в районе г. Геленджик (Зацепин и др., 2014) в сентябре-октябре 2015 г. и апреле 2016 г. В измерениях скорости течения были задействованы радиолокаторы коротковолнового (КВ) и микроволнового (СВЧ) диапазонов, несколько акустических доплеровских профилометров скорости течений (ADCP), небольшое судно (МНИС Ашамба») и дрифтеры. Радиолокация приповерхностного слоя моря осуществлялась океанографическим радиолокатором КВ диапазона Sea Sonde (CODAR, США) с несущей частотой 25 МГц и океанографическим радиолокатором СВЧ диапазона с несущей частотой 9.7 ГГц производства фирмы «Микран» (г. Томск). Для измерения скорости течения в толще моря использовались донная станция ADCP Workhorse (RDI, США) с несущей частотой 600 кГц установленная на глубине 22 м, а также буксируемый за судном ADCP Rio Grande (RDI, США) также с несущей частотой 600 кГц; В качестве лагранжевых измерителей скорости течения использовались дрифтеры, с подводным парусом высотой 0.5-1 м, располагаемом на различных глубинах (Мысленков и др., 2015). Целью экспериментов было: 1) тестирование различных вариантов расположения радиолокационных средств; 2) комплексное использование различных средств измерения течений; 3) попарная кросс-верификация всех элементов комплексной измерительной системы. Показаны основные достоинства и недостатки используемых измерителей течений. Предложена схема совместного использования имеющихся приборов для мониторинга течений на полигоне.
Особенностью выполненных экспериментов являлось использование только одного радара КВ диапазона, который позволял измерять только радиальную компоненту скорости течений. В сентябре-октябре 2015 г. использовалась двухточечная схема «А» измерений течений, протестированная ранее в работе Горбацкий и др., (2007), с попеременным перемещением раз в несколько часов КВ радара между точками постановки антенн в районе Голубой бухты и в Дивноморском (расстояние между точками – 13 км.). При этом, для построения полных векторов скорости течения, использовалось (и тестировалось) предположение о квазистационарности поля скоростей течений на протяжении всего цикла измерения из обеих точек. В апреле 2016 г. была протестирована схема «Б» измерений течений со стационарной установкой КВ радара в одной точке. В этом случае также возможно восстановление полного вектора течения, однако методика восстановления является предметом отдельной работы.
Необходимым условием использования некогерентных СВЧ радаров с горизонтальной поляризацией сигнала для измерения скорости течения является требование наличия волнения высотой более 90 см (Ивонин и др., 2016). По этой причине СВЧ радиолокационные измерения скорости течения были возможны лишь в определенных гидрометеорологических условиях. Измерения ADCP в верхних 2-3 м у поверхности воды обладают большим уровнем шума и ошибок, и по этой причине данные с этих горизонтов не могут быть использованы для анализа структуры течений. Буксируемый ADCP также не разрешает верхние 2-3 м из-за наличия «слепой» зоны. При этом радиолокационные средства дают некоторую осредненную по глубине скорость течений, куда наибольший вклад вносят как раз верхние 2-3 м. Дрифтеры позволяют измерять течения в верхнем 0.5 м слое, и на других глубинах (3-5 м), что позволяет использовать полученные с них данные для выявления неоднородности течений в самом верхнем слое. Однако, дрифтеры находятся, как правило, очень непродолжительное время в зоне измерений АДСП или радаров.
Эксперименты показали, что степень совпадения результатов измерения различных приборов зависит от локального ветра. Хорошее совпадение результатов наблюдалось при наличии сильных течений (вихревых структур, при которых течение однородно по глубине) не связанных с локальным ветром. В случае неоднородного по глубине течения, и сильной пространственной и временной изменчивости ветра расхождения между результатами измерений различными приборными комплексами становятся существенны, поскольку измерения течений физически производятся ими на различных глубинах. Данные обстоятельства указывают на целесообразность использования результатов моделирования поля ветра с высоким разрешением для учета его влияния на радиолокационные измерения скорости течения.

Работа выполнена при поддержке проекта РНФ №14-50-00095.