О формировании и динамике вихря у побережья юго-восточной Балтики по данным дистанционного зондирования

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 551. 465, 528. 8
Е. С. Гурова
О ФОРМИРОВАНИИ И ДИНАМИКЕ ВИХРЯ У ПОБЕРЕЖЬЯ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ БАЛТИКИ ПО ДАННЫМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
На основе анализа спутниковых снимков MODIS и ASAR рассмотрены локализация, пространственно-временные масштабы, динамика и гидрометеорологические условия формирования прибрежного вихря у мыса Таран Самбийского полуострова (юго-восточная часть Балтийского моря).
This article presents an analysis of coastal eddy in the area of Cape Taran of the Sambia Peninsula (South-Eastern part of the Baltic Sea) on the basis of MODIS and ASAR remote sensing data. It describes the location, spatial and temporal scale, dynamics and hydro-meteorological conditions of eddy formation.
Ключевые слова: прибрежные течения, космические снимки, дистанционное зондирование, Балтийское море, РЛИ, MODIS.
Key words: coastal currents, satellite images, remote sensing, Baltic Sea, SAR, MODIS.
Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. 2012. Вып. 1. С. 16 — 21.
Введение
Проведенными ранее полевыми и модельными исследованиями [1- 4] было показано влияние конфигурации и положения Самбийского п-ова и бухтового строения его северного побережья на формирование сложной картины волнового поля, структуры прибрежных течений и вихрей различного масштаба в зависимости от гидрометеорологических условий.
Однако точную пространственную картину перечисленных явлений невозможно получить на основе только полевых измерений, носящих во времени и / или пространстве точечный характер. Прибрежные и морские экспедиции недолгие и проводятся эпизодически. При этом одновременно не охватывается вся зона, где реализуются условия, переходные от глубоководных к мелководным. Единственным надежным источником информации могут служить данные космической съемки в оптическом / термальном диапазоне, получаемые ежедневно.
Результаты визуального анализа структур прибрежных течений возле Самбийского п-ова, определенных на более чем 400 снимках из архива данных спектро-радиометров MODIS со спутников «Терра» и «Аква» («Terra» и «Aqua») за 11 лет (2000 — 2011), показали, что среди различных группы явлений выделяется прибрежный вихрь у северного побережья Самбии, восточнее м. Таран (рис. 1). О нем и пойдет речь в нашей статье. Первое упоминание об этом вихре было дано в работе [5].
Рис. 1. Приуроченный к м. Таран прибрежный вихрь на северном побережье Самбийского п-ова на спутниковом снимке MODIS «Аква» за 13 апреля 2004 г. и векторы поверхностных течений, полученные при радарной съемке системой CODAR 13 сентября 2006 г.
Е. С. Гурова
Материалы и методы
Для визуализации элементов поля течений на космических снимках используют: аномалии поля температуры поверхности моря (ТИМ), неравномерное распределение в водной толще и на поверхности минеральной (осадки) и биогенной (фитопланктон) взвеси, окрашенного растворенного органического вещества — ОРОВ (поступающего преимущественно со стоком рек), неравномерно изменяющих окраску вод в разных каналах оптического спектра, а также наличие на водной поверхности гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) и пленок ИАВ, которые формируют поверхностные проявления поля течений на радиолокационных спутниковых снимках (далее РЛС), получаемых радарами с синтезированной апертурой (SAR).
Северное побережье Самбийского п-ова характеризуется интенсивными абразионными процессами с размывом высоких клифовых берегов, а также подводного берегового склона и, таким образом, поступлением в море рыхлого осадочного материала, который во взвешенном виде является оптическим трассером течений. Другие возможные (действуют не все время) источники взвеси в этом районе — сброс в море пульпы карьера янтарного комбината в районе пос. Янтарный на западном побережье Самбийского п-ова и свалка материала дноуглубления севернее Балтийского пролива, связывающего Калининградский (Вислинский) залив с Балтийским морем. Тонкодисперсный материал выносится и через Балтийский пролив из Калининградского залива, и стоком р. Висла, воды которой, несмотря на большую удаленность устья от Самбийского п-ова, часто достигают м. Таран и продолжают далее свое движение на север.
Весной, летом и иногда осенью в Балтийском море наблюдается цветение водорослей, которое может по-разному визуализировать элементы поля течений. В периоды весеннего и осеннего цветения микроорганизмы перемешаны в толще довольно значительного слоя вод (до 20−30 м) [6] и могут формировать незначительные оптические неоднородности, отражая состояние вод до определенных глубин. Во время летнего цветения цианобактерий (синезеленых водорослей) микроорганизмы в больших количествах сконцентрированы главным образом у поверхности и, скапливаясь в зонах конвергенций, являются прекрасными трассерами поверхностных течений (рис. 2).
Из архива данных MODIS (2000−2011) были выбраны снимки за 130 дней, где обнаруживался вихрь восточнее м. Таран. Их анализ позволил оценить размеры и динамику вихря на разных стадиях развития, возможное время «жизни», гидрометеорологические условия формирования, его связь с общей картиной прибрежной циркуляции. Использовались каналы MODIS в видимом диапазоне спектра с разрешением 250 и 500 м/ пиксел и данные о температуре (ТИМ) с разрешением 100 м/ пиксел.
Кроме того, были проанализированы радиолокационные спутниковые снимки ASAR среднего разрешения (80 м/пиксел) (рис. 2), в том числе квазисинхронные с вышеупомянутыми снимками MODIS и результатами радарной съемки поверхностных течений с берега системой CODAR [2], покрывавшей акваторию 15×15 км от берега с разрешением 500 м. Данные о ветре (на горизонте 10 м над уровнем моря) за каждые 6 ч были получены из гидродинамической модели Балтийского моря, имеющей пространственное разрешение 1,3 морских мили [7].
Результаты и выводы
По результатам анализа спутниковой информации, размер рассматриваемого вихря варьирует в довольно широких пределах. Чаще всего его присутствие совпадает с наличием вдольберегового течения вдоль западного побережья Самбийского п-ова, огибающего м. Таран и хорошо выделяемого на снимках по повышенной мутности воды. При благоприятных условиях формируется небольшой вихрь, который имеет эллиптическую, вытянутую вдоль берега форму, ограниченную м. Таран с запада и м. Купальный или Гвардейский (г. Пионерский-курорт) с востока. При дальнейшем развитии вихрь может достигать размеров до 25 км, выходя своей морской периферией до глубин порядка 65 м (рис. 2). Максимальное время существования вихря, зафиксированное на спутниковых снимках, составило 8 дней. Серий по 2−4 дня отмечено около 15.
На оптических спутниковых снимках наиболее ярко окрашенная зона вихря проходит по его периметру, особенно по западной и северо-западной оконечностям, в зоне отмели, протягивающейся от м. Таран на северо-восток (см. левую часть рисунка 2). Во время летнего цветения синезеленых водорослей плавающие на поверхности организмы концентрируются строго по периметру вихря. Центральная же часть развитого вихря в большинстве случаев имеет менее интенсивную окраску и поверхность, свободную от плавающих цианобактерий.
19
Рис. 2. Приуроченный к м. Таран прибрежный вихрь на северном побережье Самбийского п-ова 17 июля 2009 г. на спутниковых снимках MODIS «Терра» (в видимом диапазоне, слева)
и на РЛС (справа)
Анализ снимков ТПМ в большинстве случаев показывает наличие температурной (чаще положительной) аномалии в зоне вихря, однако иногда отмечается повышенная температура западнее вихря и ее снижение в центральной и восточной зонах.
На рисунке 2 справа на РЛС хорошо видно структуру вихря — его границы и даже отдельные линии внутри него, указывающие на вращение поверхностного слоя воды. Такая визуализация, вероятно, обеспечивается совокупностью явлений: биогенных сликов ПАВ- образующихся при разложении цианобактерий [3]- скапливающихся в зонах дивергенций и гасящих гравитационно-капиллярных волн- разницей температур циркулирующих
Е. С. Гурова
вод течений и др. На этом же РЛС отчетливо виден отток вод от берега к центру вихря в районе Светлогорской бухты.
В 2006 г. в результате радарной съемки поверхностных течений с берега системой СОБАК также был зафиксирован антициклональный вихрь восточнее м. Таран, простиравшийся на расстояние 10 км от берега, где глубины достигают порядка 40 м. Скорости течения составили 16−18 см/с по периметру вихря, постепенно уменьшаясь к центру до 1−4 см/ с (рис. 1).
Сток р. Висла при благоприятных гидрометеорологических условиях может распространяться вдоль берега далеко на северо-восток. Особенно интенсивно это происходит во время весенних паводков. В видимом диапазоне спектра это не всегда отчетливо видно, так как ввиду постепенной трансформации вод уменьшается концентрация взвеси и ОРОВ, однако в поле ТПМ (рис. 3) сток Вислы проявляется довольно интенсивно. Часто он достигает Балтийского пролива, в некоторых случаях распространяясь дальше на север, огибая м. Таран и вовлекаясь в вихрь к востоку от него.
18 9
О '-О'- О
/ & amp- о.
¦
'-Ч л і**" V * г 4
Н1 -/Ні '-V-- 1 12 з
Рис. 3. Распространение вод р. Висла и прибрежный вихрь у Самбийского п-ова в поле температуры поверхности моря, по спутниковым снимкам МОБК от 17 июня 2003 г. (слева) и 13 апреля 2004 г. (справа)
Воды Калининградского залива, впадающие в море через Балтийский пролив, в ряде случаев также достигают м. Таран и вовлекаются в приуроченный к нему вихрь, однако однозначно проследить это во всех наблюдаемых случаях не удалось ввиду небольшого объема выноса, интенсивного разбавления и, следовательно, довольно слабого оптического контраста с прибрежными водами Балтийского моря. Кроме того, они могут смешиваться с притоком трансформированных вод Вислы, вместе формируя более мутное и / или теплое течение далее на север.
Анализ ветровой ситуации показал преобладание в течение 3−4 суток, предшествующих созданию снимков, на которых зафиксирован вихрь, западных и юго-западных ветров со скоростями порядка 5 — 10 м/ с. Однако в некоторых случаях даже непродолжительное усиление ветра до 20−25 м/с в период 2−4 суток до съемки способствовало последующему формированию приуроченного к м. Таран прибрежного вихря, а в ряде случаев — также интенсивному притоку трансформированных вод р. Висла и выносов из Калининградского залива к м. Таран. Отмечены ситуации формирования этого вихря после нескольких дней ветра переменного направления при условии отсутствия в данный период про-
должительных сильных ветров северных и восточных румбов. Притом не выделяется никакой связи с направлением ветра на момент съемки — очевидно, вихрь формируется под воздействием длительных предшествующих ветров и разрушается в течение 1 — 2 дней при длительном устойчивом восточном или северо-восточном ветре.
Таким образом, рассматриваемый вихрь — запрепятственный, который образуется при огибании выступающего в море м. Таран вдоль-береговым течением, идущим с юга, и может иметь зону дивергенции в своей центральной части.
Автор благодарит В. В. Горбатского, В. В. Сивкова, Б. В. Чубаренко, А. Н. Бабакова (АО ИОРАН) за предоставленную возможность участия в эксперименте с CODAR в 2006 г. и переданную информацию для научного использования, А. Ю. Иванова (ИОРАН) за данные РЛИ, А. Лемана (IFM-GEOMAR, Германия) за сведения по ветру для периода 1999 — 2009 гг. Работа выполнена при поддержке проектов РФФИ 09−05−90 744-моб_ст, ESA C1P. 3424 и ESA C1P. 9334.
Список литературы
1. Бабаков А. Н. Пространственно-временная структура течений и миграций наносов в береговой зоне юго-восточной Балтики (Самбийский полуостров и Куршская коса): дис. … канд. геогр. наук. Калининград, 2003.
2. Горбацкий В. В., Гурова Е. С., Бабаков А. Н., Чубаренко Б. В. Радарное измерение морских прибрежных поверхностных течений у берегов Куршской косы (Калининградское побережье) / / Международная конференция «Проблемы управления устойчивого развития прибрежной зоны моря». Геленджик, 2007. С. 65 — 67.
3. Гурова Е. С., Иванов А. Ю. Особенности проявления гидродинамических структур в юго-восточной части Балтийского моря по данным спектрорадио-метров MODIS и космической радиолокации // Исследования Земли из Космоса. 2011. № 4. С. 41−54.
4. Жиндарев Л. А., Хабидов А. Ш., Тризно А. К. Динамика песчаных берегов морей и внутренних водоемов. Новосибирск, 1998.
5. Чубаренко Б. В., Иваненко С. А., Чубаренко И. П. Численное моделирование прибрежных потоков в Юго-Восточной Балтике методом криволинейных сеток // Экобалтика-91: матер. междунар. науч. конф. Калининград, 1991. С. 74 — 76.
6. Aneer G., Lufgren S. Algal bloom — some questions and answers. County administrative board of Stockholm, 2007.
7. Rudolph C., Lehmann A. A model-measurements comparison of atmospheric forcing and surface fluxes of the Baltic Sea // Oceanologia. 2006. № 48 (3). P. 333 — 360.
Об авторе
Евгения Сергеевна Гурова — асп., мл. науч. сотр., Атлантическое отделение Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Калининград.
E-mail: evguruna@gmail. com
About author
Yevgenia Gurova, PhD student, Atlantic Branch of the P.P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences, Kaliningrad.
E-mail: evguruna@gmail. com

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой