Совместный анализ данных SWOT и модели ROMS для изучения субмезомасштабных процессов на примере залива Посьета в Японском море

Изучение субмезомасштабных вихрей в прибрежных зонах сталкивается с фундаментальными методологическими ограничениями из-за их малых пространственных (от единиц до десятков километров) и временных (от часов до суток) масштабов. Традиционные данные спутниковой альтиметрии, такие как AVISO, имеют недостаточное разрешение для надёжной идентификации таких структур в шельфовых зонах, а численные модели даже при высоком разрешении требуют независимой верификации. Новая миссия SWOT (Surface Water and Ocean Topography), обеспечивающая двумерные измерения высоты морской поверхности с километровым разрешением, открывает уникальные возможности для наблюдения субмезомасштабных вихрей. Однако геострофические скорости, получаемые из данных SWOT, отражают только барическую компоненту течений и не удовлетворяют полному уравнению движения в мелководных прибрежных районах, где ветровая дрейфовая (экмановская) составляющая значима. Это фундаментальное ограничение не позволяет использовать SWOT как автономный инструмент для трёхмерного динамического анализа. Чтобы преодолеть эти ограничения, мы предлагаем комбинированный подход, объединяющий альтиметрию SWOT с региональным моделированием с использованием численной модели ROMS. Модель, настроенная с горизонтальным разрешением 500 м и 48 вертикальными слоями, воспроизводит полное поле скорости, включая барическую, дрейфовую и турбулентную составляющие, тогда как данные SWOT служат независимым эталоном для верификации барической части. Используя залив Посьета (Японское море) в качестве тестового полигона, мы демонстрируем для эпизодов мая и августа 2024 г., что визуальное сравнение полей абсолютной динамической топографии и геострофической скорости из SWOT с выходными данными модели позволяет подтвердить адекватность ROMS в воспроизведении пространственной структуры и положения антициклонических вихрей. Вихри были обнаружены с помощью алгоритма HEPTA, который надёжно идентифицирует эллиптические и гиперболические точки в поле скорости. Сравнение выполнялось для двух различных периодов (30–31 мая и 21–23 августа 2024 г.) и последовательно показало, что модель воспроизводит положения вихрей. Идентифицированные антициклонические вихри имеют горизонтальные масштабы около 20 км и время жизни несколько суток, что соответствует субмезомасштабным особенностям. Таким образом, совместное использование SWOT и ROMS даёт эффективную методологию для изучения субмезомасштабной динамики в прибрежных районах, где каждый метод по отдельности имеет присущие ему ограничения. Этот подход открывает перспективы для валидации региональных моделей циркуляции и оценки роли вихревого переноса в распространении загрязнённых речных вод, что критически важно для экологического мониторинга Дальневосточного морского заповедника.

Исследование выполнено при поддержке грантов РНФ № 25-77-00044 (моделирование в ROMS) и № 25-17-00021 (сбор и анализ спутниковых данных).