Оценка повторяемости экстремальных высот внутренних волн в Баренцевом море в районе постоянных проявлений сигнатур волн на спутниковых снимках

Спутниковые радиолокаторы с синтезированной апертурой являются основным и наиболее эффективным инструментом исследования внутренних волн (ВВ) особенно в арктических морях (Козлов и др., 2014, Зимин и др., 2015, Kozlov at al., 2015). В Баренцевом море анализ полученных радиолокационных изображений (РЛИ) позволил выделить области систематической регистрации поверхностных проявлений ВВ: к западу от архипелага Земля Франца-Иосифа, у пролива Карские ворота, около северного побережья Кольского полуострова. Однако по данным только РЛИ нельзя получить сведений об амплитудах и периодах ВВ, и соответственно неизвестно, какие ВВ находят свое отражение в спутниковых данных, и не понятно, какова вероятность появления среди них волн с экстремальными высотами.
Для расширения существующих представлений о характеристиках короткопериодных ВВ, регистрируемых на РЛИ в Баренцевом море с 8 по 23 августа 2016, года был выполнен подспутниковый эксперимент. Он проводился на траверзе мыса Харлов 50 км севернее побережья Кольского полуострова и включал одновременные судовые и спутниковые наблюдения. Основные задачи работы заключались в сопоставлении результатов разнородных наблюдений и оценке вероятности появления волн экстремальных высот.
Контактные наблюдения представляли собой повторяющиеся зондирования водной толщи (сканирования) с дискретностью 1–2 мин до глубины 55 м. Измерения выполнялись от 5 до 12 часов за сутки, общее время сканирований составило 80 часов. Данные дистанционного зондирования представляли собой 10 РЛИ, полученные со спутника Sentinel-1.
По данным контактных измерений было зарегистрировано 111 внутренних волн. Максимальная высота зарегистрированных волн составила 8,1 метров, при средней высоте волн в 3,2 м. Больше половины зарегистрированных волн имели периоды меньше 25 минут.
По данным спутниковых наблюдений в районе работ было зарегистрировано 93 пакетав среднем с тремя волнами в пакете, со средней длиной лидирующего гребня 27 км и длиной волны 0,8 км. На каждом снимке в районе работ регистрировалось от 2 до 22 проявлений пакетов ВВ. При этом выделялись два основных направления распространения сигнатур. Первое направление представлено большой группой пакетов, двигающихся преимущественно с юго-востока на северо-запад. Их образование связано с взаимодействие течения с перепадом глубин. Второй группе свойственно движение, направленное от берега, при этом часть таких волн находилась юго-западнее района работ.
Прямое сопоставление данных сканирований и проявлений ВВ на морской поверхности было выполнено для РЛ-снимков, полученных 20.08.2016 г. (за 7:22 Мск) и 23.08.2016 (за 17:27 Мск). При сопоставлении использовались данные только о тех проявлениях ВВ, которые находились в радиусе 4 миль от судна, в предположении, что они должны пройти через местоположение корабля за время проведения контактных наблюдений. Скорость распространения волн рассчитывалась в соответствии с дисперсионным соотношением для колебаний в двухслойной среде, фазовая скорость и длины короткопериодных ВВ были оценены как 0.45- 0.55 м/c и 205-1270 м. При глубине залегания пикноклина около 20 м в РЛ-изображениях находили проявление пакеты ВВ с высотами 3-5 м, длинами 0.3-1.9 км м и периодами 10-15 минут. Таким образом, сопоставление разнородных наблюдений показало, что короткопериодные ВВ распространяются, в основном, пакетами и находят свое отражение в судовых и спутниковых наблюдениях.
В предположении о стационарности волнообразующих факторов (Свергун и Зимин, 2017) выполнены оценки вероятности появления экстремальных высот ВВ, которые могут наблюдаться один раз за сутки, 10 дней, 1 месяц, 2 месяца, 3 месяцев. Показано, что ИВВ с высотами более 10 метров ожидается не чаще одного раза в месяц, что в принципе подтверждается данными наблюдений. К сожалению, на данный момент отсутствует возможность получить более точные оценки повторяемости появления ИВВ из-за отсутствия продолжительных контактных измерений.
В ходе исследований продемонстрирована полезность одновременных контактных и спутниковых наблюдений для интерпретации поверхностных проявлений ВВ и для анализа их количественных характеристик и вероятности появления ИВВ.

Исследование выполнено при финансовой поддержке проекта РФФИ № 15-05-04639.