Анализ температурных неоднородностей морской поверхности Карского моря на основе измерений Ик-радиометра с борта судна "Академик Иоффе".

Введение
Температура поверхности океана — важная для океанологии характеристика. С помощью неё можно исследовать взаимодействие океана и атмосферы, одновременно с эти она служит маркером при проявлениях различных внутриокеанических процессов на поверхности. Непосредственное измерение температуры морской поверхности, особенно при наличии льдов, достаточно трудоемко. Применение контактных методов не всегда возможно, а спутниковые данные, ко всему прочему, имеют не достаточное пространственное разрешения и точность для задачи обнаружения вихрей и внутренних волн на поверхности моря.
В последнее время учёные всё больше внимания уделяют мезомасштабным процессам, пытаясь детальнее изучить энергомассообмен на более крупных масштабах. Океанология - не исключения. Вихри и внутренние волны непосредственно участвую в переносе тепла, энергии и импульса внутри океана. Большинство исследователей предпочитают выделять данные явления по спутниковым РСА снимкам из-за дороговизны контактных измерений. Тем не менее, эксперименты по сбору подспутниковой информации неоднократно проводились в мировой практике (Johannessen et el.,1996; Marmorino et al., 2010).
С 8 августа по 8 сентября 2021 года состоялась экспедиция на судне «Академик Иоффе» в рамках Плавучего Университет ИО им. П.П.Ширшова РАН. В ходе экспедиции проводились дистанционные измерения температуры поверхности моря с борта судна с помощью ИК-радиометра. Исследование было нацелено на обнаружение вихрей на поверхности и дальнейшего сравнения ТПО со спутниковой продукцией. Использование ИК датчика температуры для идентификации процессов внутри океана даёт возможность получить информацию с относительно больших акваторий с малыми затратами времени. Валидация ТПО производилась на данных измерений температуры в толще воды. Таким образом, подобные комплексные измерения показывают полную картину явлений и позволяют количественно связать процессы в толще и на поверхности.
Приборы
На борту судна было установлено два прибора для измерения температуры и для фиксации явлений на поверхности моря. Измерения ТПО в ИК диапазоне выполнялись с помощью ИК-радиометра HEITRONICS KT19 II., размещенного на правом борту судна под углом 300 к поверхности. Точность измерений 0.1 °С. Частота измерений 1дБ. Фотофиксация состояния морской поверхности по курсу судна производилась с помощью камеры GOPRO HERO 3+ Silver Edition, установленной на борту судна на пеленгаторной палубе. Частота фотографирования составляла 10-60 секунд.
Результаты
Наблюдения за состоянием морской поверхности проводились круглосуточно в квазинепрерывном режиме. Работа происходила как на станциях, так и в переходах между ними. В результате чего в течение всей экспедиции было получено 26 суток непрерывной записи температуры поверхности океана с частотой 1 секунда и столько же непрерывной фото записи состояния морской поверхности.
Одновременно с измерением температуры поверхности океана на станциях производились измерения температуры толщи воды с помощью термокосы. Термокоса представляет собой два датчика давления между которыми располагается чувствительный к изменению температуры трос длиной около 40 м. Термокоса в рейсе использовалась для выявления процессов, происходящих в морской толще, проявляющихся в изменении температуры. Подобными явлениями могут быть фронты, мезомасштабные вихри и внутренние волны. Наибольшее внимание в данном рейсе уделялось именно выявлению внутренних волн и вихрей. На нескольких наиболее удачных станциях, где удалось зафиксировать внутренние волны, было проведено сравнения температуры по термокосе и ТПО. Первичное сопоставление данных за 12 августа показало, что ТПО отражает прохождение внутренней волны на поверхности. Сравнение ТПО и термокосы требует дальнейших изучений, однако оно даёт нам право сделать предположение об отражении поверхностного проявления внутренних волн в температуре поверхности. Подобные предположения были уже высказаны ранее в некоторых работах (Пелиновский, 1999; Степанюк, 2002).
Помимо данных, полученных прямыми контактными измерениями, в работе использовались спутниковые данным. На следующий день после работы в Карских воротах путь нашего судна прошёл через мезомасштабных вихрь, отчётливо выраженный на поверхности. Спутниковый снимок с изображением вихря был получен со спутника Santinel — 1A за 13 августа 2021 года. Общепринятым в научной литературе о мезомасштабных вихрях является предположение о том, что вихри можно зафиксировать в поле поверхностной температуры (Johannessen et el.,1996). Поэтому ТПО за 13 августа вдоль трека судна была наложена на спутниковый РСА снимок за тот же день. Судно пересекло вихрь, что прослеживается в изменении ТПО с фоновой на более низкую в местах пересечения вихря. Разница составляла около 1-1.5 градуса. В дальнейшем планируется наложить ТПО на несколько других снимков и сделать более подробный анализ.

Визуальные наблюдения за состояние морской поверхности также проводились в точности с описанной выше методикой. На фотографиях запечатлено большое количество сликов разной природы. В дальнейшем планируется более детальная обработка фотографий и привязка их к колебаниям температуры протоки и ТПО.

Выводы
- Предполагается взаимосвязь между положениями сликов (как проявление внутренних волн и вихрей) на РЛИ-снимках и проявлениями их в температуре поврехности океана, измеренной ИК-радиометром.
- Зафиксированные на фотографиях слики сопоставляются с колебаниями ТПО и протоки, однако требуют дальнейших исследований.
Благодарность
Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 21-17-00021 и программы Плавучие университеты при поддержке Министерства науки и высшего образования.