Исследование пространственно-временных параметров спиральных вихрей внутренних морей по данным спутниковой радиолокации

Спиральные вихри на поверхности океана с диаметром около 30 км и менее были открыты более 40 лет назад в ходе космической программы «Аполлон», когда первые фотографии таких вихрей были сделаны в зоне солнечного блика [1-3]. В конце 1970-х эти наблюдения астронавтов были подтверждены на основе изображений, полученных радиолокатором с синтезированной апертурой антенны [4], а в дальнейшем с помощью радиолокационных изображений (РЛИ) и непосредственных наблюдений из космоса был выявлен повсеместный характер распространения этого типа вихрей в Мировом океане.
В результате многочисленных исследований было установлено, что спиральные вихри наблюдаются в различных районах Мирового океана; в обоих полушариях; как в прибрежной зоне, так и в открытом море. Как правило, они проявляются в виде хаотично ориентированных и плотно упакованных вихревых кластеров, но могут представлять и одиночные вихри, а также достаточно упорядоченные цепочки таких вихрей [3]. Практически все спиральные вихри циклонические.
Несмотря на столь длительную историю их наблюдения, они представляют собой очень интересный объект изучения. До сих пор остаются малоизученными такие аспекты, как трехмерная структура этих вихрей, особенности зарождения и эволюции, характерное время жизни, физические механизмы и источники их генерации, причины циклонической асимметрии. Наиболее дискуссионным вопросом при этом остается вопрос о происхождении спиральных вихрей и, в частности, о типах воздействия, которые приводят к их формированию.
Чтобы уменьшить существующие неопределенности относительно теории возникновения и эволюции спиральных вихрей, в данной работе детально исследуются пространственно-временные параметры этих вихрей на основе анализа спутниковых РЛИ. Исследование основано на массиве РЛИ для акваторий Балтийского, Черного и Каспийского морей, сформированного в Лаборатории аэрокосмической радиолокации ИКИ РАН. Он включает изображения различного пространственного разрешения, полученные со спутников ERS-2, Envisat, TerraSAR-X и Radarsat-2 с 1998 г. по настоящее время.
Использование указанного массива данных позволяет исследовать такие аспекты, как механизмы визуализации вихревых структур на РЛИ различного пространственного разрешения; пространственный масштаб и тонкая пространственная структура вихрей; время жизни и особенности временной эволюции вихрей; скорость вращения и перемещения вихрей; орбитальная скорость частиц. На основе выявленных параметров вихрей и привлечения аналитических зависимостей производится расчет «глубины» вихрей.
Полученный таким образом эмпирический материал необычайно полезен для разработки и подтверждения гидродинамических теорий о природе спиральных вихрей.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (гранты №10-05-00428-а и №11-07-12025-офи-м) и ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009–2013 годы. Спутниковые радиолокационные изображения предоставлены Европейским космическим агентством в рамках проектов AO Bear 2775, C1P.6342.

Литература
1. Scully-Power P. Navy Oceanographer Shuttle Observations, STS 41-G, Mission Report. Naval Underwater Systems Center Tech. Rep. NUSC TD 7611, 1986. 71 pp.
2. Munk, W. and Armi L. Spirals on the sea: A manifestation of upper-ocean stirring // Proceedings of the 12th ’Aha Huliko’a Hawaiian Winter Workshop, 2001.
3. Eldevik T., Dysthe K.B. Spiral eddies // J. Phys. Oceanogr., 2002. V. 32. №3. P.851-869.
4. Fu L.-L., Holt B. Seasat views oceans and sea ice with Synthetic Aperture Radar // JPL publication 81-120, February 15, 1982.