Сопоставление характеристик короткопериодных внутренних волн на шельфе Камчатки по данным контактных измерений и спутниковых наблюдений радиолокаторами Sentinel-1 и NISAR в августе 2026 года

Введение

Результаты анализа десятилетнего архива радиолокационных изображений (РЛИ) Sentinel-1 позволили выявить на тихоокеанской акватории Камчатки многочисленные устойчивые «горячие точки» в поле проявлений короткопериодных внутренних волн (КВВ) [1]. Актуальной задачей является установление связи между наблюдаемыми на спутниковых изображениями проявлениями КВВ и их характеристиками, измеренными контактными методами. Однако, анализ результатов синхронных контактных и спутниковых наблюдений доступен только для одной из горячих точек – около м. Шипунский [2]. Запуск нового спутникового радиолокатора с синтезированной апертурой NISAR в июле 2025 года и предоставление доступа к его предварительным данным в июле 2026 года существенно расширяет возможности по проведению подспутниковых экспериментов с точки зрения улучшения временного разрешения. Таким образом, цель данной работы – произвести сопоставление характеристик КВВ по данным контактных измерений в рамках экспедиции Тихоокеанского плавучего университета в августе 2026 года и синхронных спутниковых радиолокационных наблюдений Sentinel-1 и NISAR в шельфовых районах Камчатки.
Исследования проводились в ходе экспедиции «Тихоокеанский плавучий университет 2026» на НИС «Профессор Мультановский» в период со 2 по 30 августа. Для анализа и сопоставления с синхронными подспутниковыми наблюдениями были выбраны три эпизода измерений, выполненные 10,17 и 24 августа на севере Кроноцкого залива, на юго-восточном побережье Камчатки и в районе Первого Курильского пролива, соответственно. В качестве основного оборудования для измерения гидрологических параметров морской среды использовался CTD-зонд CTD48M (Sea&Sun, Германия), с помощью которого выполнялось высокочастотное зондирование (сканирование) водной толщи в диапазоне глубин от 5 до 50 м. Продолжительность измерений в каждой точке составляла около 12 часов, при этом один цикл спуска и подъёма зонда занимал порядка 1–2 минут.
В работе также применялась дрейфующая система «Волна-ДС02» (Марлин-Юг, Россия), которая развертывалась у юго-восточного побережья Камчатки. В автономном режиме в течение 10 часов проводилась регистрация вертикального распределения температуры с использованием 65-метровой термолинии, оснащённой 30 датчиками температуры, а также датчиком давления и солёности, расположенным на её нижнем конце. Интервал регистрации температурных данных составлял 10 с. Перед началом основного цикла измерений выполнялось предварительное CTD-зондирование водной толщи — от поверхности до придонного слоя — с использованием CTD-зонда OCEAN SEVEN 316PLUS (IDRONAUT, Италия).
Для построения временных рядов колебаний изотерм совокупность вертикальных профилей температуры, зарегистрированных при сканировании водной толщи, интерполировалась на регулярную сетку с шагом 0,5 м по глубине и 2 мин по времени. Для данных, полученных с помощью дрейфующей системы «Волна-ДС02», изолинии температуры строились непосредственно по исходным вертикальным профилям без интерполяции по времени и глубине.
По зарегистрированным колебаниям изотерм определялись амплитуда и период внутренних волн в соответствии с методикой, аналогичной применяемой в работе [2]. Расчеты проводились с амплитудами и периодами волн, которые относились к цугу КВВ, зарегистрированному на спутниковом изображении. Далее в двухслойном приближении рассчитывались фазовая скорость распространения КВВ и их длина волны [3].
Для регистрации характеристик КВВ использовались РЛИ, близкие по времени и пространству к периодам проведения контактных измерений. Были проанализированы РЛИ Sentinel-1 уровня обработки L1 с пространственным разрешением 10 метров от 18 августа 07:15 UTC, а также нового спутника NISAR (NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar) уровня обработки L2 с разрешением 5 м от 10 августа 08:41 UTC и 24 августа 08:58 UTC. Продукт уровня L2 содержит, в том числе, калиброванные измерения обратного рассеяния, скорректированные как на радиометрические искажения, так и на влияние рельефа местности. На РЛИ регистрировались поверхностные проявления КВВ в окрестностях положения судна или дрейфующей системы. Для поверхностных проявлений КВВ определялись положение проявления, длина волны, длина дуги лидирующего гребня в пакете, направление распространения, количество волн в пакете, а таже расстояние от судна или дрейфующей системы до лидирующего гребня проявления. По дисперсионному соотношению в двухслойном приближении с использованием фонового вертикального распределения плотности и длины волны, измеренной на РЛИ, рассчитывалась фазовая скорость внутренних волн. По фазовой скорости и расстоянию от измерителя до лидирующего гребня проявления КВВ с учетом его направления распространения определялся предполагаемый момент прохождения КВВ через измеритель. Далее проводился визуальный анализ записей колебаний температуры и оценка амплитуды и периода конкретной КВВ или цуга волн в предполагаемый момент времени. Производилось сопоставление длины волны, рассчитанной по контактным данным с использованием дисперсионного соотношения, и непосредственно измеренной на РЛИ. Также сравнивалась фазовая скорость, рассчитанная по контактным данным и с использованием длины волны, измеренной на РЛИ.
CTD-сканирование в северной части Кроноцкого залива проводилось на значительном удалении от района «горячей точки». Были зарегистрированы КВВ с максимальной амплитудой 2,5 м и средней амплитудой около 1 м. На юго-восточном побережье п-ва Камчатка дрейфующий буй был установлен вблизи районов «горячих точек» невысокой интенсивности, где удалось зарегистрировать волны с амплитудой 3,5–4 м. В районе Первого Курильского пролива CTD-сканирование проводилось на удалении от районов «горячих точек» и наблюдались волны с максимальной амплитудой до 2,5 м.
Было установлено, что в период проведения контактных измерений 10, 17-18 и 24 августа на РЛИ Sentinel-1 и NISAR при средней скорости ветра 4 м/с регистрировались проявления КВВ, находящиеся на расстоянии от 4 до 9 км от судна или дрейфующей системы. В моменты времени, определенные по фазовой скорости и расстоянию от измерителя до лидирующего гребня, на записях колебаний температуры отмечались КВВ с амплитудами от 1,5 до 4 м. В Кроноцком заливе и на юго-востоке Камчатки регистрировались отчетливые цуги КВВ с ярко-выраженным ранжированием амплитуды от лидирующей волны к замыкающей. Отмечено хорошее соответствие длины волны и фазовой скорости, рассчитанных по контактным и спутниковым данным.

Данные контактных наблюдений получены по результатам экспедиции «Тихоокеанский Плавучий университет» в рамках Всероссийской научно-образовательной программы «Плавучий университет» (соглашение № 075-03-2026-305)». Обработка данных контактных и спутниковых наблюдений выполнена в рамках государственного задания по теме № FMWE-2024-0028.