Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Спутниковое радиолокационное зондирование Японского и Охотского морей

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Спутниковое радиолокационное зондирование Японского и Охотского морей"

На правах рукописи

Дубина Вячеслав Анатольевич

СПУТНИКОВОЕ РАДИОЛОКАЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ЯПОНСКОГО И ОХОТСКОГО МОРЕЙ

Специальность 25.00.28 - Океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Владивосток 2008

003456365

Работа выполнена в Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской Академии наук.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, с.н.с.

Митник Л.М.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Плотников В.В.

кандидат технических наук Алексанин А.И.

Ведущая организация: Тихоокеанский научно-исследовательский

рыбохозяйственный центр (ТИНРО-Центр)

Защита диссертации состоится 28 ноября 2008 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д.005.017.02 в Тихоокеанском океанологическом институте им. В. И. Ильичева ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанско океанологического института им. В. И. Ильичева ДВО РАН

Автореферат разослан 27 октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук

Храпченков Ф. Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность

Изображения, полученные спутниковыми радиолокационными станциями с еальной и синтезированной апертурой (РСА), являются важным, а в ряде случаев и езаменимым источником сведений о ледяном покрове, нефтяном загрязнении моря, о елко- и мезомасштабной структуре приводного ветра. Они используются для зучения вихревых образований и внутренних волн, для оценки сдвига скорости и ивергенции поверхностных течений, для восстановления топографии морского дна на елководьях. При общей мировой тенденции расширения сферы применения данных тниковых РСА в океанографии, морской экологии, системах оценки, управлении и диты прибрежных ресурсов их использование в исследованиях и мониторинге понского и Охотского морей, течений Куросио и Оясио у побережья Японии весьма граничено. Недостаточная изученность физических механизмов, влияющих на арактеристики радиолокационных (РЛ) сигналов, рассеянных подстилающей оверхностью, вызывает трудности при интерпретации вариаций яркости адиолокационных изображений. Это диктует необходимость проведения дальнейших кспериментальных исследований изменчивости спектра морского волнения под лиянием различных факторов, совершенствования моделей рассеяния ектромагнитных волн шероховатой поверхностью, а также методов обработки и ализа изображений РСА. При интерпретации изображений РСА важную роль играет ание региональных характеристик океанических и атмосферных явлений, особенно ех, которые приводят к появлению на спутниковых изображениях устойчивых овторяющихся особенностей. Повторяющиеся особенности могут быть выделены ри анализе значительного количества изображений исследуемого района. Большой бъём спутниковых данных требует использования современных способов их бработки, хранения и анализа.

Цель и задачи исследования

Цель диссертационной работы состоит в исследовании разномасштабнь динамических явлений и процессов в приповерхностном слое Японского и Охотско морей на основе комплексного анализа изображений, получаемых спутниковы радиолокационными станциями с синтезированной апертурой, и сопутствующ дистанционной и контактной информации.

Для достижения этой цели потребовалось решение следующих задач:

1. Оценить целесообразность и эффективность применения спутниковой РСА к инструмента для исследования и мониторинга Японского и Охотского морей путе совместного анализа радиолокационных, инфракрасных, видимых и пассивнь микроволновых спутниковых данных.

2. Сформировать архив изображений РСА Японского и Охотского море разработать программные средства для обработки, визуализации, анализа архивирования разнородных спутниковых данных.

3. Изучить связь между положением радиолокационных контрастов, зо повышенных градиентов температуры поверхности моря и концентрации хлорофил а.

4. Исследовать характеристики и пространственное распределение внутренних вол (ВВ) в Японском и Охотском морях по данным РСА и спектрорадиометра MODIS.

5. Исследовать мезомасштабные явления и процессы в зал. Петра Великого п данным мультисенсорного спутникового зондирования высокого и средне разрешения.

Использованные данные

В работе использовались данные РСА со спутников ERS-1, ERS-2, Envisa полученные из Европейского космического агентства (European Space Agency - ES" для выполнения проектов ESA A03-401, АОЗ-1291, АОЕ-391, АО Bear 2775, а так загруженные из оперативного архива ESA. Изображения РСА со спутника ALO получены из Японского аэрокосмического исследовательского агентства (Japa Aerospace Exploration Agency - JAXA) для выполнения проектов JAXA No. 356

64.Анализ радиолокационных данных проводился с использованием различных родуктов, полученных по измерениям радиометра AVHRR (спутники серии МОЛЛ), 1ектрорадиометра MOD1S (спутники Terra и Aqua), тематического картографа ТМ1 путники серии Landsat), сканера цвета SeaWiFS (спутник SeaStar), скаттерометра eaWinds (спутник QuickScat).

Достоверность результатов

При изучении динамических явлений в Японском и Охотском морях на основе ализа изображений РСА был использован опыт интерпретации самолётных и утниковых PJI-данных, полученных в различных районах Мирового океана за более ем за 30-летний период, и суммированный в научных статьях и монографиях, а также езультаты моделирования РЛ-рассеяния. Достоверность интерпретации РЛ-сигнатур одтверждается сопоставлением изображений РСА с другими видами спутниковых змерений и подспутниковой гидрометеорологической информацией. Результаты аботы неоднократно обсуждались с ведущими российскими и зарубежными ециапистами в области РЛ-зондирования океана при выполнении совместных еждународных проектов и размещены в Интернете на ряде международных сайтов.

Положения, выносимые на защиту

1. Спутниковые изображения РСА позволяют регистрировать положение и аницы течений, вихрей и других динамических явлений на поверхности Японского и хотского морей с масштабами от 100 м до нескольких сотен километров.

2. Анализ изображений РСА и MODIS показал, что внутренние волны в Японском Охотском морях наблюдаются почти повсеместно, в том числе в глубоководных

айонах. Максимальная повторяемость ВВ в Японском море отмечается в августе-ктябре в районах с глубинами от 30 до 3500 м. Максимальная повторяемость ВВ в хотском море наблюдается в июне и сентябре в районах с глубинами менее 1000 м. шимальные длины ВВ не превышают 100 м, а максимальные достигают 14,5 км в поиском море и 6 км - в Охотском. Длина гребней ВВ в Японском море превышает 00 км, а в Охотском -100 км.

3. Характерная мезомасштабная изменчивость приводного ветра над зал. Петра

5

Великого, обусловленная организованной конвекцией и орографией, восстановлен»; по РЛ-данным, составляет 3-5 м/с на горизонтальных масштабах 5-10 км.

4. Анализ спутниковых изображений высокого пространственного разрешен! позволил выявить повторяющиеся особенности циркуляции поверхностных вод в г-Петра Великого, обусловленные характером общей циркуляции вод в северо-запад!I части Японского моря.

Научная новизна результатов

1. Впервые выполнена классификация явлений в океане и атмосфере в Японском Охотском морях по их отпечаткам в поле РЛ-рассеяния на изображениях РСА.

2. Выявлена разномасштабная пространственная структура вихревых образовани (от 2-3 до 70-100 км), внутренних волн (от 100 до 14.5 км), и других динамичесг явлений в Японском море.

3. Показана сопряженность положения РЛ-контрастов, зон максимапьн градиентов температуры поверхности моря (ТПМ) и концентрации хлорофилла а.

4. Доказано, что внутренние волны в Японском и Охотском морях наблюдают практически повсеместно. Определены характеристики ВВ, в том числе, в районах, г они ранее не отмечались.

5. Впервые получены количественные оценки мезомасштабной изменчивост поверхностных течений, ледяного покрова и приводного ветра в зал. Петра Великого.

Научная и практическая значимость

Сформированный и пополняемый архив изображений РСА со спутников ЕИЗ-ЕЯ8-2 и Епу1$а1 в сочетании с программным комплексом для их обработки визуализации является ценным источником информации о пространственных временных характеристиках различных океанических и атмосферных явлений Японском и Охотском морях, таких как внутренние атмосферные и океаничеа волны, вихревые образования различных масштабов, фронтальные разделы и др.

Полученные характеристики внутренних гравитационных волн (длина и ширин гребней, расстояние между ними, скорости перемещения, величин радиолокационного контраста и др.) являются источником сведений при разработке

алидации математических моделей распространения и трансформации ВВ. Полученные оценки мезомасштабной изменчивости поверхностных течений, едяного покрова и приводного ветра в зал. Петра Великого могут быть использованы ри проектировании и строительстве нефтяных и газовых терминалов, мостов, а также ри планировании развития и во время эксплуатации рекреационной зоны в заливе, езультаты работы были использованы при выполнении НИР по грантам РФФИ: 02-7-90354-в, 06-05-65177-а, 06-05-96076-р_восток_а, 06-05-96131-р_восток_а и HT АС: INTAS-99-0242 (ADI'DAS), INTAS-03-51-4987 (SIMP).

Апробация работы

Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на 0 международных и российских конференциях, включая: CREAMS (Владивосток, 000), PÍCES (Владивосток, 2003); ESA ERS - Envisat Symposium (Гётеборг, Швеция, 000 г.; Зальцбург, Австрия, 2004; Монтрё, Швейцария, 2007), Specialist Meeting on icrowave Remote Sensing (Рим, Италия, 2004), Pan Ocean Remote Sensing Conference ORSEC (Бали, Индонезия, 2002; Чили, 2004), "Современные проблемы истанционного зондирования Земли из космоса" (Москва, ИКИ РАН, 2003; 2004; 006), International Symposium on the Okhotsk Sea and Sea Ice (Момбецу, Япония, 2000; 001; 2002; 2003; 2005), Internat. Geoscience and Remote Sensing Symposiums IGARSS Сеул, Корея, 2005; Денвер, США, 2006), Радиолокационное исследование природных ед (С.-Петербург, 2006); "Достижения в спутниковой океанографии: изучение и ониторинг окраинных морей Азии " (Владивосток, 2007).

Реализация результатов

Результаты работы использовались при выполнении плановых тем института, в роектах «Спутниковая океанология» и ФЦП «Мировой океан», а также в еждународных проектах и размещены в интернете на сайтах:

• "The tropical and subtropical ocean viewed by ERS SAR" (при поддержке вропейского космического агентства) (http://earth.esa.int/applications/ERS-ARtropical/);

• "Advanced Detection and Interpretation of Oceanic and Atmospheric Signatures in Dual

7

Polarization Airborne and Spaceborne Radar Imagery (ADI'DAS)" (1NTAS-99-024 (http://adidas.iki.rssi.ru/);

• "Slicks as indicators of marine processes (SIMP)" (INTAS-03-51-498 (http://simp.iki.rssi.ru/, http://simp.poi.dvo.ru):

• "Oil spill monitoring by remote sensing" (в рамках Программы ООН по окружающс среде (UNEP)) (http://cearac.poi.dvo.ru):

Все аннотированные изображения РСА, полученные со спутников ERS-1 и ERS-интегрированы в корпоративную океанологическую информационно-аналитическу] систему ТОЙ, сконструированную на основе интернет/интранет технологи (http://gis.poi.dvo.ru).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 39 научных работ, приведенных в конц автореферата: из них 7 статей в рецензируемых журналах, в том числе 5 в журнале списка ВАК, 4 главы в трех монографиях и 28 статей в трудах российских международных конференций.

Личный вклад автора

Результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно или н равных правах с соавторами. Автор принимал непосредственное участие планировании и проведении подспутниковых экспериментов, анализе интерпретации спутниковых и натурных измерений. Автору принадлежи программное обеспечение для обработки, архивирования, анализа и визуализаци разнородной спутниковой и сопутствующей информации.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списк литературы. Объём работы составляет 119 страниц, включая 57 рисунков и 8 табли Список использованных источников состоит из 145 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении формулируется цель и задачи исследований, обосновывается альность темы, достоверность и практическая значимость полученных зультатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, и кратко агается содержание работы.

В первой главе рассматриваются физические основы радиолокационного дирования морской поверхности, технические характеристики спутниковых диолокационных станций, с помощью которых получены данные, использованные в боте, а также модели, алгоритмы и программное обеспечение, применявшиеся для работки этих данных.

В разделе 1.1 кратко излагается теория рассеяния радиоволн морской верхностью, рассматриваются физические механизмы, вовлечённые в процесс рмирования РЛ-изображения и влияющие на визуализацию океанических и мосферных явлений. Явления и процессы в приповерхностных слоях океана и осферы регистрируются на изображениях РСА вследствие воздействия на спектр лкомасштабного поверхностного волнения, определяющего интенсивность ссеянного назад РЛ-сигнала, трёх основных механизмов: переменных течений нематический механизм)', пленок поверхностно-активных веществ ( ПАВ) цепочный механизм) и устойчивости пограничного слоя атмосферы ( разности мператур вода воздух ) Термический механизм). Кроме этого, поверхностная ркуляция может оцениваться по смещению ледяных полей, а также по изменению кости РЛ-изображения над движущейся поверхностью воды относительно подвижной из-за изменения относительной скорости ветра.

В разделе 1.2 приводятся технические характеристики и геометрия зондирования диолокационной станции бокового обзора (РЛС БО), установленной на спутниках осмос-1500" и на спутниках серии "Океан", а также радиолокационных станций с нтезированной апертурой, установленных на спутниках Европейского космического ентства Е118-1, ЕК8-2, Етава! и на спутнике Японского аэрокосмического следовательского агентства АЬ08.

Раздел 1.3 посвящён краткому описанию моделей , алгоритмов и программного

9

обеспечения, использованных для обработки спутниковых данных.

В разделе 1.4 дана характеристика архивов спутниковых радиолокационных данш ТОЙ ДВО РАН. Регулярное PJI-зондирование Японского и Охотского мор проводится с 1983 г. До 1991 г. съёмки выполнялись РЛС БО с советских спутников в период 1991-2007 г.г,- РСА с советского спутника «Алмаз», с европейских, японсю и канадского спутников. Архивы спутниковых радиолокационных данных Т включают изображения РЛС БО, а также РСА со спутников ERS-1, ERS-2, Envisat ALOS.

Архив РЛС БО состоит из 2123 изображений, полученных в 1983-2000г.г. Бсшьш часть изображений (около 1700) приходится на Охотское, Японское и Берингово мо Основное внимание в разделе уделено архиву аннотированных изображений Р северо-западной части Тихого океана (СЗТО), интегрированных в океанологическу информационно-аналитическую систему ТОЙ ( ОИАС ТОЙ). В архиве собра изображения РСА, полученные со спутников ERS-Ih ERS-2 (350Кадров размер ~100х100 км с размером пикселя 12,5x12,5 м), Envisat фоло 1 ОООизображений принятых в режимах узкой и широкой полосы обзора (56-105 км и 405 км) с размер пикселя 12,5x12,5 м и 75*75 м) и ALOS (50 изображений с разрешением от 7 м 100 мв зависимости от ширины полосы обзора от 40до 350км . Большая час изображений охватывает Японское и Охотское моря.

Изображения либо отбирались из архивов наземных станций приёма и обработ спутниковых данных через веб-сервисы, либо предварительно заказывались н районами проведения судовых и прибрежных экспедиций, а также теми районам Японского и Охотского морей, изучение которых входило в планы работ института представляло научный интерес (северо-западная часть Японского моря, включая за Петра Великого, область течения Соя, Курильские проливы, Амурский лима Сахалинский зал., северо-восточный шельф Сахалина). Для оценки эффективное мониторинга прибрежных и открытых участков моря и обнаружения новь динамичных районов регулярно заказывалась РЛ-съемка, которая охватыва Японское и Охотское моря целиком на восходящих и нисходящих орбитах спутни (через 10-12 час). Заказы вначале подавались в ESA по электронной почте, а с авгус

10

005 г. - через веб-сервис (IWp://catalogues.eoportal.org/eol'.lHml). Изображения вотировались и размещались в ОИАС ТОЙ. Анализ PJI-изображений, нтегрированных в систему, существенно облегчает интерпретацию РЛ-сигнатур, прощает и автоматизирует систематизацию океанических и атмосферных явлений, астыо ОИАС является подсистема аналитической поддержки, в состав которой ходят программы обработки двумерных сигналов, которые используются для анализа Л-изображений.

Во второй главе на основе анализа спутниковых скаттерометрических и ИК-змерений приводится оценка эффективности применения РСА для зондирования понского и Охотского морей, и обсуждаются результаты изучения разномасштабных инамических явлений и процессов в этих морях.

В разделе 2.1 на основе анализа спутниковых данных о ТПМ и о приводном ветре, олученных по инфракрасным и скаттерометрическим измерениям, соответственно, сследуется целесообразность и эффективность применения РСА для исследования и ониторинга Японского и Охотского морей.

Разделы 2.2 и 2.3 посвящены анализу отпечатков на изображениях РСА кеанических явлений синоптического масштаба (20-200 км). Эти явления егистрируются в поле ТПМ на спутниковых ИК-изображениях, обнаруживаются по зменению цвета моря на изображениях, полученных сканером цвета SeaWiFS и пектрорадиометром MODIS, выявляются по аномалиям уровня моря, рассчитанного о показаниям спутниковых альтиметров, что отражено в многочисленных убликациях. Анализ изображений РСА позволяет регистрировать вихревые бразования, зоны апвеллинга, границы течений, фронтальных разделов и других инамических явлений, а также получать данные о точной пространственной труктуре этих явлений и об их количественных параметрах, что существенно лубляет и расширяет представление о динамике океана. Отмечено, что регулярная Л-съемка может существенно улучшить временное разрешение спутникового ониторинга Японского и Охотского морей - особенно в районах с высокой ероятностью облачности.

В разделе 2.2. рассмотрено проявление на изображениях РСА непериодических

11

течений и вихрей Японского моря. Основные элементы циркуляции Японского мор как правило, сохраняются в течение всего года: теплые Цусимское и Восточн Корейское течения, холодные Шренка (Лиманное), Приморское и Северо-Корейско Выделяют также Западно-Сахалинское течение, масштабы которого, существенн меньше и для которого характерна сильная сезонная и межгодовая изменчивость.

Границы Цусимского и Восточно-Корейского течений благодаря кинематическом механизму визуализируются в виде тонких дугообразных полос повышенно относительно фона яркости, пониженной или в виде двух прилегающих полос, разным знаком контраста. В южной части моря максимальные РЛ-контраст наблюдаются к востоку от побережья Кореи в области конвергенции Восточно-Северо-Корейского течений.

Приморское течение следует вдоль границы шельфа, максимум скорос располагается на глубине около 100 м. У юго-восточного Приморья ближняя к бере граница течения на изображениях РСА отмечается в 30-50 км от берега как узк светлая (более шероховатая) или тёмная (с волнением, подавленным пленками ПА полоса.

В северной части моря максимальные РЛ-контрасты наблюдаются в пр. Соя и южного побережья о. Сахалин. Приращение удельной эффективной площад рассеяния (УЭПР) в области конвергенции Западно-Сахалинского течения с ветвь Цусимского течения между о. Монерон и м. Крильон может достигать 20 дБ, чт обусловлено, скорее всего, совместным влиянием кинематического и термическог механизмов. РЛ-съёмка с двух спутников с интервалом в 30 мин 4 октября 2003 позволила рассчитать скорости течений у побережья о. Сахалин. Направленное к ю Западно-Сахалинское течение прослеживалось вдоль берега от м. Лопатина до Кузнецова. Его скорость быстро увеличивалась при удалении от берега: на расстояни 3 км она составляла 0,4 м/с, а на расстоянии 5 км - 0,8 м/с. Севернее м. Лопатин скорость направленного к северу вдольберегового потока равнялась 0,6-0,7 м/с.

Скорость течения Шренка мала (0,1-0,15 м/с), невелик и температурный контрас вод течения относительно фона. Поэтому течение видно на РЛ-изображениях только поле битого льда у западного побережья Татарского пр. Ширина полосы дрейфующег

12

юг битого льда составляет в области течения примерно 40 км. На границе течения, д кромкой шельфа образуются циклонические вихри диаметром около 10 км. Важную роль в циркуляции Японского моря играют антициклонические вихри аметром 20-160 км. Максимум повторяемости вихрей такого масштаба наблюдается субарктической фронтальной зоне, которая отчетливо проявляется в поле ТПМ на утниковых ИК-изображениях. Структура этой зоны (вихри, стримеры и др.) хорошо дна и на изображениях РСА. Контуры вихрей регистрируются вследствие резких адиентов яркости (УЭПР). В свою очередь, градиенты УЭПР обусловлены сдвигом и нвергенцией скорости поверхностных течений, что приводит к появлению отяженных РЛ-сигнатур с положительными и отрицательными относительно фона нтрастами. Осенью и весной, когда в области фронта на границах вихревых разований и стримеров отмечаются резкие градиенты ТПМ, положение РЛ-нтрастов, которые обусловлены переменными течениями, как правило, совпадает с нами, где градиенты яркостной температуры в ИК-диапазоне ( фактически -адиенты ТПМ) максимальны ( рисунок 1). Величина и знак РЛ-контрастов на аницах течений, струй, вихревых образований зависят от совокупности факторов: личины и направления градиента скорости течения, скорости ветра IV и его правления относительно направления течений, концентрация пленок ПАВ и т.д. В холодное время года тёплые антициклонические вихри в северо-западной части онского моря регистрируются на изображениях РСА как области повышенной кости, что обусловлено неустойчивостью пограничного слоя атмосферы над ними. В льшинстве случаев, когда ]У = 2-6 м/ с, а концентрация хлорофилла-а превышала 0,5 /м3, на изображениях РСА регистрируются плёнки ПАВ ( рисунок 1). При ачительной ■ их концентрации и благоприятном ветровом режиме пленки 1тягиваются вдоль линий тока поверхностных течений, трассируя стримеры и вихри.

Рисунок 1 - Северо-западная ветвь субарктического фронта 13 ноября 2003 г.: (а, I изображение РСА, полученное со спутника Етчва! в 12:53 Гр, (б) ИК-изображени) полученное радиометром АУННК со спутника МОЛЛ в 07:55 Гр. (цифрами показан ТПМ °С); (в) максимальные градиенты ТПО, наложенные на изображение РСА; ( полосы биогенных сликов на фрагменте изображения РСА, ограниченного красны] квадратом на (а); (д) карта концентрации хлорофилла а за 9-16 ноября, по данны сканера 8еа\¥1Е8, на которой показаны границы изображения РСА (красный тонкИ| прямоугольник) и ИК-изображения (жирный красный прямоугольник).

(д) СЫогорЬуЦ а(т§/т"3)

0.01

0.10

1 00

В разделе 2.3 обсуждается проявление на изображениях РСА Охотского моря чения Соя, фронтальных разделов в области влияния стока р . Амур, областей льного приливного перемешивания и вихревых образований. Непериодические чения Охотского моря почти не видны на изображениях РСА, за исключением плого течения Соя, на границе которого большую часть года наблюдаются высокие адиенты ТПМ и скорости течения. На изображениях РСА регистрируется граница чения, пояс холодных охотоморских вод, примыкающий к границе, вихри и волны, зникающие на фронте течения, что обусловлено совместным влиянием на. лкомасштабное волнение переменных течений, различий в температуре водных сс и концентрации пленок ПАВ. Высокая корреляция положения ИК- и PJI-нтрастов в области течения может при регулярной PJI-съемке повысить временное зрешение спутниковых данных, что, в свою очередь, позволит оценивать смещение аницы течения и вихрей, рассчитывать скорость их образования и др. Скорость непериодических течений в Охотском море в несколько раз ниже скорости иливных. Сильное приливное перемешивание наблюдается в Курильских проливах, районах о . Ионы, банки Кашеварова, Шантарских о- вов и в зал. Шелихова. На ображениях РСА границы этих областей отчётливо не выражены, но внутри них блюдается РЛ-контрасты различной амплитуды. В районах о. Ионы, банок Ионы и шеварова в тёплое время года в пределах областей перемешивания регистрируются абые РЛ-сигнатуры различной формы. В Пенжинской губе наблюдаются узкие лосы, ориентированные вдоль оси губы как в безледный период, так и в поле битого да. Во внутренней части губы расстояние между полосами - 1.5-2.5 км, а ширина лос - 0.5-1.0 км. Сильные приливные течения в Курильских проливах генерируют онты и вихревые структуры с горизонтальными размерами порядка 10-20км . мимо модуляции характеристик волнения на течении, на визуализацию шамических явлений в проливах влияет изменение скорости приводного ветра носительной движущейся поверхности воды.

Осенью и весной контрасты на РЛ-изображениях Амурского лимана и Сахалинского л., как правило, совпадают с областями максимальных градиентов яркостной мпературы в ИК-диапазоне, что в сочетании с гидрологическими данными

15

позволяет детально исследовать пространственную структуру и временну изменчивость зоны смешения речных и морских вод. В частности, граница стоково линзы р. Амур в районе м . Елизаветы регистрируется на изображениях РСА к контрастная полуокружность диаметром примерно 20 км и шириной 50-100м.

Вихри синоптического масштаба в Охотском море наблюдаются в основном в е южной части, над Курильской котловиной. Они регистрируются на ИК-изображения а также по показаниям спутниковых альтиметров. На изображениях РСА лучше все они видны зимой в поле битого льда. Летом антициклонические вихри на Р изображениях не имеют чётких границ, как это наблюдается в Японском море, но положение и размеры могут быть определены по слабоконтрастным параллельны дугообразным РЛ-сигнатурам на периферии вихрей и по «решётчатой» структуре в центрах. Подобные особенности зарегистрированы и у рингов Гольфстрима.

РЛ-зондирование Японского и южной части Охотского морей показывает сложну многомасштабную картину динамических явлений. Наряду с объекта синоптического масштаба, на изображениях РСА регистрируются океаническ явления существенно меньших размеров -от 50м до 20км : циклонические вих различной природы, зоны конвергенции, внутренние волны, зыбь, а также нефтян загрязнение. Идентификацию океанических явлений затрудняют наложенные на н вариации яркости, обусловленные мезомасштабной изменчивостью приводного ветр Для повышения надёжности интерпретации результатов РЛ-зондирования необходи знать особенности различных динамических явлений в океане и в атмосфере исследуемом регионе и их отпечатки на изображениях РСА.

В третьей главе на основе детального анализа спутниковых видимых и Р изображений, карт батиметрии и иной информации исследуется пространственное временное распределение и определяются характеристики внутренних волн Японском и Охотском морях. В общем случае ВВ проявляются на спутниковь изображениях в виде дугообразных квазипериодических структур. В области греб волны яркость изображения может быть как выше, так и ниже фоновой; мог наблюдаться и две полосы с разным знаком контраста относительно фона, ч определяется как геометрией зондирования, так и океаническими условиям

16

Основным источником данных о ВВ послужили изображения РСА. Они были дополнены изображениями моря в истинном цвете с разрешением 250 м, которые были синтезированы из измерений спектрорадиометра MODIS. Изображения, полученные MODIS с интервалом « 100 мин со спутников Terra и Aqua, а также с интервалом «30 мин РСА со спутников ERS-2 и Envisat, позволили оценить скорость распрстранения внутренних волн по смещениям их поверхностных сигнатур.

В разделе 3.1 исследуются ВВ в центральной глубоководной части Японского моря, а раздел 3.2 посвящен внутренним волнам на его северо-западном шельфе. ВВ наблюдались в районах с глубинами от 30 до 3500 м. В открытой части моря волны распространяются во всех направлениях (наиболее редко - строго на юг). На материковом склоне и на шельфе они перемещаются как в направлении берега, так и под различными углами к нему вплоть до 90° (параллельно берегу). Наблюдались как группы волн, так и одиночные волны. Длина гребня лидирующих волн варьировала в широких пределах - от 4 до 250 км, длина волны (расстояние между первым и вторым солитонами в пакете) изменялась от 100 м до 14,5 км. Скорость перемещения ВВ в открытых районах моря составляла 0,7-1,8 м/с. Большинство ВВ наблюдалось в группах с максимальным количеством волн в пакете 55. Расстояние между волнами в пакете, как правило, уменьшалось от фронта к тылу, что иллюстрирует рисунок 2.

Внутренние волны, которые генерируются и распространяются в пределах шельфа, менее интенсивны по сравнению с ВВ глубокого моря. Связанные с ними вариации скорости поверхностных течений также ниже. Поэтому их PJI-контрасты, как правило, малы и одного знака. Длина гребней этих волн достигает 16 км, ширина гребней не превышает 200 м, а длина волны не превышает 1500 м. Максимальное количество волн в пакете, различимое на изображениях, - семь. Волны перемешаются под различными углами к берегу. На северо-западном шельфе были зарегистрированы ситуации многочисленного наложения ВВ различных направлений.

и« '10 1ЛГ0и ЮИ 40 1.ЭМ' ио ил ив

Рисунок 2 - Пакеты внутренних волн к западу от о. Осима на изображении РСА, полученном со спутника ЕК8-2 7 сентября 1997 г. в 01:32 Гр: а) изображение РСА с нанесенной координатной сеткой и изобатами; б) карта Японского моря с изобатами; границы изображения РСА отмечены прямоугольником; в) увеличенный фрагмент изображения, отмеченный на рисунке (а) чёрным прямоугольником; г) и д) профили УЭПР (в дБ) вдоль сечений, указанных стрелками на рисунках (а) и (в), соответственно

В разделе 3.2 рассмотрены внутренние волны в Охотском море. ВВ егистрированы на большей части моря в районах с глубинами от 20 до 3000 м. ВВ являются в апреле с началом таяния льда вблизи от его кромки, но наиболее часто и наблюдаются в июне и в сентябре в районах с глубинами менее 1000м. ксимальные длины волн достигали 6 км . Зарегистрированы ВВ с длиной гребней евышающей 100км . Чаще всего ВВ регистрировались в западной части моря на льфе о. Сахалин и к северу от острова, в зал. Анива, в районе банки Кашеварова, а же у гряды Курильских о-вов. Наиболее интенсивная генерация ВВ наблюдается на сточном шельфе о. Сахалин, где они распространяются в разных направлениях, но еимущественно к берегу. На изображениях РСА выделяются пакеты ВВ, ерированные последовательными внутренними приливами. Переменные верхностные течения, обусловленные приливами, модулируют шероховатость рекой поверхности , что объясняет появление отличающихся по яркости полос, дирующие солитоны этих пакетов, распространяющихся в сторону берега, рмируют в совокупности непрерывные волнообразные структуры, релированные с батиметрией. Расстояние между пакетами -30-40 км, что дает рость распространения ВВ 0.65-0.90 м/с.

Четвертая глава посвящена анализу мезомасштабной изменчивости поля иводного ветра, поверхностных течений и дрейфа льда в зал. Петра Великого. Здесь рассмотрены вопросы регистрации нефтяного загрязнения в заливе и делирования трансформации нефтяных разливов.

- разделе 4.1 рассматривается мезомасштабная изменчивость поля ветра в заливе, сстановленного по изображениям РСА со спутника Етава! в режиме широкой лосы обзора по геофизической модельной функции СМ005. Наибольшая енчивость отмечалась при неустойчивой стратификации пограничного слоя осферы при северо-западных ветрах. При IV = 3 м/с на метеостанции ладивосток» ветер в заливе менялся от 0 до 17 м/с (рисунок 3). Вариации ветра при ганизованной конвекции в атмосфере, составляли 3-4м/с на масштабах 5-10км. В нтральной части залива скорость ветра в направлении, перпендикулярном потоку, енялась на 3-4 м/с на характерных масштабах =10-15 км.

19

' 2.4 23.1 30.6

!S 15.9 28^2 38.1 ЙЛ 6*1.8 74.1 IM

Рисунок 3 - Скорость приводного ветра над зал. Петра Великого, рассчитанная по модели СМ005 и результатам зондирования РСА спутника Епу^аг 12 ноября 2006 г. в 01:2 Гр. (а), (б, в) - профили скорости ветра в м/с, построенные вдоль стрелок А, В на (а). Цифрами показана средняя скорость ветра в квадрате 6x6 км.

Атмосферные гравитационные волны, генерируемые при взаимодейств! воздушного потока с прибрежными хребтами, распространяются над заливом, ч-вызывает появление чередующихся полос усиления и ослабления ветра шириной 1 км, ориентированных примерно перпендикулярно направлению ветра. Амплиту, вариаций скорости ветра в волнах составляет ~ 5 м/с.

В разделе 4.2 анализируется дрейф льда на основе анализа изображени

полученных РСА со спутников ERS-2 и Envisat с интервалом 11ч 18 мин,

изображений в видимом диапазоне, полученных MODIS со спутников Aqua и Terra

интервалом 100 мин. Ветровой коэффициент дрейфа льда в открытой части зали

составляет 0.07-0.08. Направление дрейфа в центральной части залива отклонялось

20

направления ветра в среднем на 40° вправо (диапазон изменения 30-50°). Дрейф льда у западного побережья направлен вдоль островов при направлениях ветра от северозападного до северо-восточного.

В разделе 4.3 на основе анализа изображений со спутников ERS и Landsat исследуется мезомасштабная изменчивость поверхностных течений в зал. Петра Великого. При слабых ветрах (0-5 м/с) циркуляция вод в заливе определяется особенностями развития общей циркуляции Японского моря. При проникновении в залив с юго-запада в сентябре-октябре трансформированных субтропических вод в нем формируются три спиральных циклонических вихря, в которые вовлекаются более холодные и менее прозрачные прибрежные воды. Вихрь диаметром ~40 км располагается к востоку от о. Б. Пелис, а два циклона с диаметрами ~ 15-25 км находятся южнее п-ова Гамова и о. Аскольд. При восточном направлении потока трансформированных субтропических вод в юго-западной части залива вдоль изобаты 50 м в различное время года могут генерироваться от одного до четырех циклонических спиральных вихря размером 5-10 км. При благоприятных погодных условиях (скорость приводного ветра в диапазоне 2-7 м/с) на спутниковых видимых и РЛ-изображениях почти на всей акватории залива наблюдаются спиральные циклонические вихри диаметром от 1.5 до 10 км. Трассерами, визуализирующими вихри, служат плёнки поверхностно-активных веществ.

Если в северо-западной части Японского моря преобладает адвекция вод из системы Приморского течения, то в осенний период в восточную часть залива двумя потоками шириной 7-10 км с востока и с юга поступают высокопродуктивные прибрежные воды южного Приморья. РЛ-съёмка со спутников ERS-2 и Envisat с интервалом в 29 мин 20 сентября 2004 г. позволила рассчитать скорости поверхностных течений в центральной части залива (рисунок 4). При слабом ветре (2-3 м/с) скорость течений составляла в среднем 0.2-0.3 м/с с максимумом 0.6 м/с в проливах между островами. В периоды обострения северо-западной ветви субарктического фронта скорости и градиенты скорости течений повышаются в центральной части залива между изобатами 50 и 100 м.

131° 131°30' 132"

Рисунок 4 - Изображение РСА, полученное со спутника 20 сентября

2004 г. в 01:59 Гр. Стрелками показаны векторы поверхностных течений, рассчитанные по маркерам на этом изображении и на изображении РСА со спутника Епу15а1, полученном через 29 мин.

В разделе 4.4 приводятся примеры нефтяного загрязнения зал. Петра Великого с судов. Выполнены оценки площади загрязнения и объемы выбросов. По модели А01082 рассчитывается количество нефти, которая осталась через 5 суток, после разливов, зарегистрированных на изображениях РСА, полученных 22 сентября 1997 г. и 23 марта 1999 г. Объём нефтепродуктов, направление и скорость приводного ветра, использованные при моделировании, найдены в процессе обработки изображений РСА. Показано, что при определенном направлении ветра нефтепродукты могут загрязнить акваторию морского заповедника.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Создан архив аннотированных изображений северо-западной части Тихого океана, полученных РСА со спутников ERS-1, ERS-2, Envisat и ALOS, интегрированный в информационную систему ТОЙ. Разработан комплекс программных средств для обработки, архивирования, анализа и визуализации разнородных спутниковых данных.

2. Изучены и систематизированы особенности проявления на изображениях РСА разномасштабных динамических явлений и процессов в Японском и Охотском морях.

3. Положение РЛ-сигнатур, обусловленных градиентами скорости непериодических поверхностных течений в Японском море, в южной части Охотского моря и в Сахалинском зал., весной и осенью совпадает с максимальными градиентами

там.

4. Проведён анализ и обобщение спутниковых изображений Японского и Охотского морей для изучения структуры, характеристик и пространственно-временной изменчивости гравитационных внутренних волн. Показано, что поверхностные проявления ВВ в августе-октябре наблюдаются почти на всей акватории Японского моря. В Охотском море нелинейные ВВ наиболее распространены на всём шельфе о. Сахалин с максимумами повторяемости в июне и августе-сентябре.

5. Впервые построены с высоким пространственным разрешением поля приводного ветра, дрейфа льда и скорости поверхностных течений в зал. Петра Великого.

6. По данным РСА выделены районы наибольшего загрязнения нефтепродуктами, определены площади отдельных разливов, оценены их объёмы. Создан интернет-ресурс по спутниковому мониторингу нефтяных разливов в Японском и Жёлтом морях.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Статьи в журнале из списка ВАК

I Митник Л.М., Дубина В.А., Митник М.Л. Использование спутниковых РЛС с реальной и синтезированной апертурой для картирования поля ветра в прибрежных районах // Исследование Земли из космоса. 2003. № 2. С. 47-58.

2Голик А.В., Фищенко В.К., Дубина В.А., Митник Л.М. Интеграция спутниковых и подспутниковых данных по северо-западной части Тихого океана в корпоративной океанографической ГИС ДВО РАН. Исследование Земли из космоса. 2004. № 6. С. 73-80.

3 Митник Л.М., Шевченко Г.В., Софиенко Ю.А., Дубина В.А. О приливном происхождении пояса холодных вод в районе скалы Камень Опасности в проливе Лаперуза // Исследование Земли из космоса. 2006. №. 5. С. 86-96.

4 Дубина В.А., Митник Л.М. Внутренние волны в Японском море: пространственно-временное распределение и характеристики по данным спутникового дистанционного зондирования // Исслед. Земли из космоса. 2007. №. 3. С. 37-46.

5 Жабин И.А., Дубина В.А., Некрасов Д.А., Дударев О.В. Структурные особенности зоны смешения речных и морских вод вблизи устья реки Амур по данным спутниковых и гидрологических наблюдений // Исслед. Земли из космоса. 2007. № 5. С. 61-70.

Статьи в научных сборниках и главы в монографиях:

6 Mitnik L.M., Dubina V.A., Lobanov V.B. Cold season features of the Japan Sea coastal zone revealed by ERS SAR // ERS-Envisat Symposium "Looking down to Earth in the New . Millennium", 16-20 October 2000. Gothenburg, Sweden. ESA CD SP-461 (ESA Publications Division). 10 pp.

7 Mitnik L.M., Dubina V.A., Lobanov V.B., Supranovich T.I. Water dynamics in the Kuril straits area: study with ERS SAR // Там же, 10 pp.

8 Lobanov V.B., Mitnik L.M., Dubina V.A. Visualization of mesoscale and small-scale water dynamics in the Okhotsk Sea using satellite images // Proc. 15th Intern. Symposium on the Okhotsk Sea and Sea Ice, Mombetsu, Hokkaido, Japan 6-9 February 2000. P. 153-160.

9 Dubina V.A., Lobanov V.B, Mitnik L.M. Features of the surface circulation in the Northwestern Japan Sea from ERS synthetic aperture radar data / In: Oceanography of the Japan Sea. Proc. CREAMS'2000 Int. Symp. Ed. M.A. Danchenkov. Vladivostok. Dalnauka, 2001. pp. 166-173.

10 Mitnik L.M., Dubina V.A., Lobanov V.B., Supranovich T.I. Water dynamics in the Yekaterina and Friz straits imaged with ERS synthetic aperture radars // Proc. 16th Intern. Symposium on the Okhotsk Sea and Sea Ice, Mombetsu, Hokkaido, Japan 4-8 February 2001. P. 453-462.

II Голик A.B., Дубина B.A., Кузнецова H.H. Об использовании данных спутникового радиолокационного зондирования в ГИС на основе интернет-технологий / В сб. «Океанологические исследования. Сборник статей по материалам конференции молодых ученых Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичёва ДВО РАН. 27-30 ноября 2001 г.». Владивосток: Дальнаука. 2002. С. 107-112.

12 Dubina V., Mitnik L. Sea surface features near Northern Sakhalin: study with satellite synthetic aperture radar imagery // Proc. 17th Intern. Symposium on the Okhotsk

Sea and Sea Ice. 24-28 Februaiy 2002. Mombetsu, Hokkaido, Japan. 2002. P. 66-73.

13 Mitnik L., Dubina V., Sugimori Y., ERS SAR observations of dynamic features in the Soya Warm Current // Proc. PORSEC 2002; Bali, Indonesia, Sept. 2002. Vol. I. P.182-187.

14 Mitnik L., Dubina V. Features of surface circulation in the Aniva Bay and surrounding waters as seen by ERS synthetic aperture radar // Proc. 18th International Symposium Okhotsk Sea and Sea Ice. February 2003. Mombetsu, Hokkaido, Japan. P. 257264.

15 Mitnik L.M., Mitnik M.L., Dubina V.A. Marine weather systems: Study with ADEOS-II AMSR, Aqua AMSR-E and Envisat ASAR // Gayana, 2004. Vol. 68. N 2. P. 389-395.

16 Дубина В., Митник JI.M. Исследование поверхностной циркуляции Японского моря по данным мультисенсорного спутникового зондирования / В кн. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. (Москва, 10-12 ноября 2003 г.)». Сборник научных статей. М, Полиграф сервис, 2004. С. 340-346.

17 Голик А.В., Фищенко В.К., Дубина В.А. Митник JI.M. Интеграция спутниковых и подспутниковых данных по северо-западной части Тихого океана в корпоративной океанографической ГПС ДВО РАН / Там же. С. 422-430.

18 Mitnik L. М., Dubina V. A.,Gurvich I. A. Satellite radar sensing of the Okhosk Sea ice cover: from Kosmos-1500 Real Aperture Radar to Envisat Advanced Synthetic Aperture Radar // Proceedings of the third workshop on the Okhotsk Sea and adjacent areas, E. S. M. McKinnell. 2004. PICES Scientific Report No. 26. P. 89-93.

19 Mitnik L. M., Dubina V. A., Fishchenko V. K.,Golik A. V. Development of ice in the Okhotsk in 2002-2003 as viewed by Aqua AMSR-E and Envisat ASAR / Там же. P. 94-97.

20 Mitnik L.M., Shevchenko G.V., Dubina V.A., Sophienko Y.A. Okhotsk Sea waters around Cape Krilion: Satellite and mooring station observations //Там же. P. 98-101.

21 Dubina V. A., Mitnik L. M. Evidence of the West Sakhalin Current in ERS-2 and Envisat-1 collocated SAR images // Envisat & ERS ESA Symposium. 6-10 September, 2004. Salzburg, Austria. ESA SP-572 Publication. 6 pp.

22 Mitnik L.M., Dubina V.A., Shevchenko G.V. ERS SAR and Envisat ASAR observations of oceanic dynamic phenomena in the southwestern Okhotsk Sea //Там же. 10 pp.

23 Darkin D. V., Mitnik L. M., Dubina V. A. Ice cover of the Okhotsk Sea: a study using ENVISAT ASAR, ERS-2 SAR and AQUA AMSR-E data // Там же. 7 pp.

24 Golik A.V., Fischenko V.K., Dubina V.A., Mitnik L.M. Usage of Internet-based GIS of the NW Pacific for Joint Analysis of Satellite and sub-Satellite Data // Proceeding of International Symposium on Remote Sensing ISRS-2004, Jeju (Korea), 2004. P. 371-374.

25 Дударев O.B., Боцул А.И., Савельева Н.И., Чаркин А.Н., Дубина В.А., Аникеев В.В. Масштабы изменчивости литолого-биогеохимических процессов в эстуарии реки Раздольная (Японское море): потоки терригенного материала и формирование донных осадков / В кн. Состояние морских экосистем, находящихся под влиянием речного стока. Под ред. JI.M. Грамм-Осипова. Владивосток: Дальнаука. 2005 г. 260 с.

26 Mitnik L.M., Dubina V.A., Darkin D.V. New ice formation in the Okhotsk Sea: Detection with ERS-2 SAR and Envisat ASAR // Proc. 20th Intern. Symp. on Okhotsk Sea and Sea Ice. Mombetsu, Hokkaido, Japan. 2005. P. 37-44.

27 Даркин Д.В. Дубина В.А., Митник JI.M. Статистика проявлений пленок ПАВ в азиатских окраинных морях на изображениях РСА со спутников ERS-1/2 и Envisat // В кн. "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса (Москва, 16-18 ноября 2004 г.)". Сборник научных статей. М„ ИКИ РАН. 2005. С. 88-92.

28 Mitnik L.M., Dubina V.A. Biogenic and anthropogenic slicks on ERS-1/2 SAR and Envisat ASAR images of the Northwest Pacific Region // Proc. First International Workshop on HAB in the Northwest Pacific Region, Toyama, Japan. 2005. P. 117-125.

29 Mitnik L.M., Dubina V.A. Synoptic-scale, mesoscale and fine-scale oceanic features in the Japan/East Sea: Study with ERS-1/2 SAR and Envisat ASAR // Proc. IGARSS'05. Seoul, Korea. July 2005. Vol. VII. P. 4788-4791.

30 Mitnik L.M., Dubina V.A., Konstantinov O.G. Envisat ASAR polarization experiment in Peter the Great Bay, Japan Sea: Preliminary results // EARSeL eProceedings. V. 5. №2. 2006. P. 199-207.

31 Mitnik L.M., Dubina V.A. Surface currents in the Japan and Okhotsk Seas: Study with satellite SAR // Proc. IGARSS'06, Denver, Colorado, 31 JuIy-4 August 2006. ISBN: 07803-9510-7. P. 2394-2396.

32 Mitnik L., Dubina V. Spatial-temporal distribution and characteristics of internal waves in the Okhotsk and Japan Seas studied by ERS-1/2 SAR and Envisat ASAR // Proceedings of ENVISAT Symposium 2007, 23-27 April 2007, Montreux, Switzerland. ESA, 2006. SP-636. ISBN 92-9291-200-1. ISSN 1609-042X.

33 Darkin D.V., Mitnik L.M., Dubina V.A. Investigation of structural properties of marine surface film manifestations on SAR images // Proc. 25 EARSel Symp. Global Developments in Environmental Earth Observation from Space, 2006 Millpress,_Rotterdam. P. 773-783. ISBN 90 5966 042 0.

34 Mitnik L.M., Dubina V.A., Konstantinov O.G. Envisat ASAR polarization experiment in Peter the Great Bay, Japan Sea: Preliminary results // Там же. P. 791-799..

35 Митник JI.M., Митник M.JL, Дубина B.A. Дистанционное радиофизическое зондирование системы океан-атмосфера / В сб. «Дальневосточные моря России». В 4 кн. Гл. ред. В.А. Акуличев. Книга 4. Физические методы исследования / отв. ред. Г.И. Долгих. М: Наука, 2007. С. 449-537 + 26 стр. цв. иллюстраций.

36 Дубина В.А., Даркин Д.В. Спутниковый мониторинг нефтяного загрязнения // Там же. С. 538-556 + 2 стр. цв. иллюстраций.

37 Дубина В.А., Митник JI.M. Мониторинг нефтяного загрязнения дальневосточных морей спутниковыми радиолокационными станциями с синтезированной апертурой / В кн. «Эколого-географические аспекты развития нефтегазового комплекса на Дальнем Востоке России» / Под ред. П.Я. Бакланова. Владивосток: Дальнаука. 2007. С. 113-124.

38 Mitnik L.M., Dubina V.A. Oceanic dynamic phenomena and sea ice study in the Northwest Pacific Ocean / Proceedings of the first PI symposium of ALOS data nodes for ALOS science program. Kyoto, Japan, 19-23 November 2007. JAXA-SP-07-012. ISBN 9784-906653-04-01. ISSN 1349-113X.

39 Mitnik L.M., Dubina V.A., Konstantinov O., Darkin D. Oil spill detection and mapping in the Northwest Pacific Ocean by L-band ALOS PALSAR / Там же.

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Дубина, Вячеслав Анатольевич

Введение

1 Применение спутниковых радиолокационных станций для изучения океана

1.1 Физические основы радиолокационного зондирования морской поверхности

1.2 Технические характеристики спутниковых радиолокационных станций

1.3 Модели, алгоритмы и программное обеспечение, используемые для обработки спутниковых данных

1.4 Информационное обеспечение исследований

2 Изучение Японского и Охотского морей с использованием спутниковых радиолокационных станций с синтезированной апертурой (РСА)

2.1 Оценка эффективности применения РСА для изучения Японского и Охотского морей

2.2 Непериодические течения и синоптические вихри Японского моря

2.3 Течение Соя, сток р. Амур и области приливного перемешивания в Охотском море

3 Внутренние гравитационные волны в Японском и Охотском морях

3.1 Центральная глубоководная часть Японского моря

3.2 Северо-западный шельф Японского моря

3.3 Внутренние волны в Охотском море

4 Спутниковое исследование залива Петра Великого

4.1 Мезомасштабные особенности поля приводного ветра

4.2 Дрейф льда

4.3 Поверхностные течения

4.4 Нефтяное загрязнение 104 Заключение 111 Список использованных источников

Список сокращений

ГМФ - геофизическая модельная функция (CMOD4, CMOD5). Эмпирические функции предназначены для восстановления поля скорости приводного ветра по данным радиолокационного зондирования ВВ -внутренние гравитационные волны в океане ЗВ - загрязняющие вещества ИК -инфракрасный

ИПХ - Интегральная пространственная характеристика. Представляет собой распределение спектральной энергии в системе угловых секторов. По виду круговой диаграммы ИПХ можно оценить свойства анизотропности структурных неоднородностей выделенного диапазона размеров на данном изображении.

МЗ, ДВМГПБЗ - ДВ морской государственный природный биосферный заповедник ДВО РАН

ОИАС, ОИАС ТОЙ - Океанологическая информационно-аналитическая система ТОЙ

ПАВ - поверхностно-активные вещества

PJI - радиолокационный

РЛИ - радиолокационное изображение

РЛСБО - радиолокационные станции бокового обзора (с реальной апертурой)

РСА - радиолокационная станция с синтезированной апертурой

СЗТО - северо-западная часть Тихого океана

ТП - Татарский пролив

ТПМ - температура поверхности моря

УЭПР, ао - удельная эффективная площадь рассеяния

ЦКП - Центр коллективного пользования - Центр регионального спутникового мониторинга окружающей среды Дальневосточного отделения Российской академии наук г

AVHRR - радиометр ИК и видимого диапазонов, установленный на спутниках серии NOAA

CMOD4, CMOD5 (см. ГМФ)- геофизические модельные функции

Envisat - искусственный спутник Земли Европейского космического агентства

ERS-1, ERS-2 - искусственные спутники Земли Европейского космического агентства

ESA (European Space Agency )- Европейское космическое агентство

JAXA - Японское аэрокосмическое исследовательское агентство

NOAA - серия искусственных спутников Земли США

NOWPAP - Northwest Pacific Region - Включает в себя акватории Японского и Жёлтого морей. PRI (Precision Image) - тип продукта/формат данных зондирования РСА, установленных на спутниках ESA.

UNEP - the United Nations Environment Programme - Программа по окружающей среде ООН

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Спутниковое радиолокационное зондирование Японского и Охотского морей"

Актуальность проблемы

В настоящее время проводится регулярное зондирование Мирового океана с многочисленных спутников пассивными и активными приборами, работающими в видимом (0.4 -0.74 мкм), инфракрасном (0.74 мкм - 1 мм) и микроволновом (1 мм - 1 м) диапазонах электромагнитного спектра. Данные спутникового дистанционного зондирования (ДЗ) используются для определения температуры поверхности океана, характеристик поверхностного волнения, скорости приводного ветра, содержания хлорофилла, сплоченности и границ ледяного покрова, а также для построения карт течений, обнаружения нефтяного загрязнения и др. Каждому методу ДЗ - в зависимости от диапазона длин волн, в котором проводится измерение, и от технических характеристик прибора, присущи свои ограничения и недостатки. Так, в инфракрасном (ИК) и видимом диапазонах спутниковым наблюдениям океана препятствует облачность. Пассивные микроволновые измерения имеют низкое пространственное разрешение. Спутниковые приборы высокого разрешения имеют узкую полосу обзора и низкое временное разрешение. Поэтому при изучении и мониторинге океана наиболее эффективным является подход, при котором один и тот же участок поверхности океана зондируется несколькими устройствами одновременно или с некоторой разницей во времени.

Высокая эффективность комплексных измерений была продемонстрирована в 1978 г., когда был запущен первый океанографический спутник Seasat, на котором были установлены многоканальный сканирующий микроволновый радиометр, радиометр видимого и ИК-диапазонов, радарный высотомер (альтиметр), скаггерометр - активный микроволновый прибор для определения скорости и направления приводного ветра и радиолокационная станция с синтезированной апертурой (РСА). Было показано, что спутниковое радиолокационное (PJ1) зондирование обладает высоким потенциалом для изучения процессов в океане и атмосфере независимо от времени суток, метеорологических условий и освещённости. Пространственные изменения характеристик гравитационных и гравитационно- капилярных волн, вызванные этими процессами, регистрируются РСА в виде двумерного распределения интенсивности рассеянного сигнала, представляемого в виде радиолокационного изображения (РЛИ). С начала 90-х годов последовали запуски РСА на российских, европейских, японском и канадском космических аппаратах (КА) и спутниках. В 2008 г. на орбите работали уже не менее 10 РСА военного, гражданского и двойного назначения.

При общей мировой тенденции роста интереса к данным спутниковых РСА съёмке и расширения сферы их применения в океанографии, морской экологии, системах оценки, управлении и защиты прибрежных ресурсов и др., РСА почти не применяются для исследования и мониторинга отдельных районов северо-западной части Тихого океана (СЗТО). К таким районам относятся Японское и Охотские моря, участок течения Куросио у побережья Японии и течение Оясио. Так, количество изображений РСА Японского моря, заказываемых в Европейском космическом агентстве (ЕКА), с годами уменьшалось (рисунок): с 1991 по 1998 гг. со спутника ERS-1 было принято 4510 изображений, а со спутника ERS-2 с 1995 по 2005 гг. - 3419 изображений. Для сравнения, над Черным морем за тот же период и с тех же спутников было принято соответственно 3205 и 6305 изображений (при этом площадь Японского моря примерно в 2.5 раза превышает площадь Чёрного). Количество публикаций по океанологии Японского и Охотского морей, в которых использованы данные РСА, весьма ограничено.

В настоящее время изображения РСА являются важным, а в ряде случаев и незаменимым источником сведений о ледяном покрове, нефтяном загрязнении моря, о мелко- и мезомасштабной структуре приводного ветра. Они используются для восстановления топографии морского дна на мелководьях, для оценки сдвига скорости и дивергенции поверхностных течений, для изучения вихревых образований и т.д. Однако интерпретация вариаций яркости РЛИ, контрастных зон и особенностей (так называемых РЛ-сигнатур) вызывает определённые сложности, обусловленные недостаточной изученностью формирования этих особенностей. Согласно двухмасштабной теории рассеяния электромагнитных волн от шероховатой поверхности, яркость изображения, получаемого спутниковой РСА, определяется, главным образом, полем спектральной плотности волн, длина которых As находятся в резонансном соотношении с длиной волны РСА Аг (так называемое резонансное или брэгговское X рассеяние): Xs = —--— , где 0 - угол между направлением зондирования и нормалью к 2 sin в поверхности. Спектральная плотность мелкомасштабного волнения, вызывающего резонансное рассеяние РЛ-сигналов, зависит в первую очередь от скорости и направления приводного ветра. Но различные процессы в верхнем слое океана модулируют это волнение, вплоть до полного гашения (например, пленки нефтепродуктов), Скаттеро метры измеряют интенсивность рассеянных РЛ—сигналов, усредненную в пределах элемента разрешения (25 х 25 км, или 12,5 х 12,5 км). Разрешение изображений РСА значительно более высокое (от 1 до 100 м), поэтому на них могут быть зарегистрированы отпечатки разнообразных атмосферных и океанических мезомасштабных явлений (100 м - 100км). В настоящее время не существует надёжных

Количество архивных изображений РСА Японского и Чёрного морей

JaparvEast Sea Slack Sea

Количество архивных изображений РСА Японского и Чёрного морей, принятых со спутников ERS-1,2, автоматизированных алгоритмов для распознавания этих явлений на РСА. Поэтому до применения алгоритмов восстановления параметров системы океан-атмосфера по РЛ-сигнатурам, как правило, проводится интерактивная интерпретация изображения. При интерпретации используются сведения о механизмах модуляции волнения различными возмущающими факторами и дополнительная информации, которая может включать спутниковые данные, полученные другими сенсорами, подспутниковые гидрометеорологические измерения, а также карты погоды, батиметрии, климатологию и др. Недостаточная изученность физических механизмов, вовлечённых в процесс формирования РЛИ, вызывает трудности при интерпретации вариаций яркости. Это диктует необходимость проведения дальнейших экспериментальных исследований и совершенствования методов обработки и анализа изображений РСА с учётом современных теоретических представлений о вариациях спектра морского волнения, моделей рассеяния и региональной специфики изучаемых явлений. Надёжность интерпретации изображений, а, следовательно, и точность восстановления параметров среды повышаются при использовании мультисенсорного подхода. При этом важную роль играет знание региональных характеристик изучаемых районов, особенно тех, которые приводят к появлению на спутниковых изображениях устойчивых повторяющихся особенностей. Такие повторяющиеся особенности выделяются при просмотре архива изображений РСА. Большой объём спутниковых данных требует современных способов для их обработки, хранения и анализа.

Цель и задачи исследования

Цель диссертационной работы состоит в исследовании разномасштабных динамических явлений и процессов в приповерхностном слое Японского и Охотского морей на основе комплексного анализа изображений, получаемых спутниковыми радиолокационными станциями с синтезированной апертурой, и сопутствующей дистанционной и контактной информации.

Для достижения этой цели потребовалось решение следующих задач:

1. Оценить целесообразность и эффективность применения спутниковой РСА как инструмента для исследования и мониторинга Японского и Охотского морей путем совместного анализа радиолокационных,, инфракрасных, видимых и пассивных микроволновых изображений.

2. Сформировать архив изображений РСА Японского и Охотского морей, разработать программные средства для обработки, визуализации, анализа и архивирования разнородных спутниковых данных.

3. Изучить связь между положением радиолокационных (РЛ) контрастов, градиентов температуры поверхности океана и концентрации хлорофилла а.

4. Исследовать характеристики и пространственное распределение внутренних волн (ВВ) в Японском и Охотском морях по данным РСА и спектрорадиометрав MODIS.

5. Исследовать мезомасштабные явления и процессы в зал. Петра Великого по данным мультисенсорного спутникового зондирования высокого и среднего разрешения.

Достоверность результатов

При изучении динамических явлений в Японском и Охотском морях на основе анализа спутниковых изображений РСА был использован опыт интерпретации самолётных и спутниковых PJI-данных, полученных в различных районах Мирового океана за более чем за 30-летний период, и суммированный в научных статьях и монографиях, а также результаты моделирования PJI-рассеяния. Достоверность интерпретации PJI-сигнатур подтверждается сопоставлением изображений РСА с другими видами спутниковых измерений и подспутниковой гидрометеорологической информацией. Результаты работы неоднократно обсуждались с ведущими российскими и зарубежными специалистами в области РЛ-исследования океана при выполнении совместных международных проектов и размещены в Интернете на ряде международных сайтов.

Положения, выносимые на защиту

1. Спутниковые изображения РСА позволяют регистрировать положение и границы течений, вихрей и других динамических явлений на поверхности Японского и Охотского морей с масштабами от 100 м до нескольких сотен километров.

2. Анализ изображений РСА и MODIS показал, что внутренние волны в Японском и Охотском морях наблюдаются почти повсеместно, в том числе в глубоководных районах. Максимальная повторяемость ВВ в Японском море отмечается в августе-октябре в районах с глубинами от 30 до 3500 м. Максимальная повторяемость ВВ в Охотском море наблюдается в июне и сентябре в районах с глубинами менее 1000 м. Минимальные длины ВВ не превышают 100 м, а максимальные достигают 14,5 км в Японском море и 6 км - в Охотском. Длина гребней ВВ в Японском море превышает 200 км, а в Охотском - 100 км.

3. Характерная мезомасштабная изменчивость приводного ветра над зал. Петра Великого, обусловленная организованной конвекцией и орографией, восстановленная по РЛ-данным, составляет 3-5 м/с на горизонтальных масштабах 5-10 км.

4. Анализ спутниковых изображений высокого пространственного разрешения позволил выявить повторяющиеся особенности циркуляции поверхностных вод в зал. Петра Великого, обусловленные характером общей циркуляции вод в северо-западной части Японского моря.

Научная новизна результатов

1. Впервые выполнена классификация явлений в океане и атмосфере в Японском и Охотском морях по их отпечатками в поле РЛ-рассеяния на изображениях РСА.

2. Выявлена разномасштабная пространственная структура вихревых образований (от 2-3 до 70-100 км), внутренних волн (от 100 до 14.5 км), и других динамических явлений в Японском море.

3. Показана сопряженность положения PJI-контрастов, зон максимальных градиентов температуры поверхности моря (ТПМ) и концентрации хлорофилла а.

4. Доказано, что внутренние волны в Японском и Охотском морях наблюдаются практически повсеместно. Определены характеристики ВВ, в том числе, в районах, где они ранее не отмечались.

5. Впервые получены количественные оценки мезомасштабной изменчивости поверхностных течений, ледяного покрова и приводного ветра в зал. Петра Великого.

Научная и практическая значимость

Сформированный и пополняемый архив изображений РСА со спутников ERS-1, ERS-2 и Envisat в сочетании с программным комплексом для их обработки и визуализации является ценным источником информации о пространственных и временных характеристиках различных океанических и атмосферных явлений в Японском и Охотском морях, таких как внутренние атмосферные и океанические волны, вихревые образования различных масштабов, фронтальные разделы и др.

Полученные характеристики внутренних гравитационных волн (длина и ширина гребней, расстояние между ними, скорости перемещения, величина радиолокационного контраста и др.) являются источником сведений при разработке и валидации математических моделей распространения и трансформации ВВ.

Полученные оценки мезомасштабной изменчивости поверхностных течений, ледяного покрова и приводного ветра в зал. Петра Великого могут быть использованы при проектировании и строительстве нефтяных и газовых терминалов, мостов, а также при планировании развития и во время эксплуатации рекреационной зоны в заливе.

Результаты работы были использованы при выполнении НИР по грантам РФФИ: 02-07-90354-в, 06-05-65177-а, 06-05-96076-рвостока, 06-05-96131-рвостока и ИНТ AC: INTAS-99-0242 (ADI'DAS), INTAS-03-51-4987 (SIMP).

Апробация работы

Основные результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались в период 2000-2007 г.г. на 20 международных и российских конференциях, включая: CREAMS (Владивосток, 2000), PICES (Владивосток, 2003); ESA ERS- Envisat Symposium (Гётеборг, Швеция, 2000 г.; Зальцбург, 2004; Монтрё, Швейцария, 2007), 24th Asian Conference on Remote Sensing (Pusan, Korea, 2003), Specialist Meeting on Microwave Remote Sensing (Рим, Италия, 2004), PORSEC (Бали, Индонезия, 2002; Чили, 2004), "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" (Москва, ИКИ РАН, 2003; 2004; 2006), International Symposium on the Okhotsk Sea and Sea Ice (Mombetsu, Hokkaido, Japan, 2000; 2001; 2002; 2003; 2005), IGARSS (Сеул, Корея, 2005; Денвер, США, 2006), «Радиолокационное исследование природных сред» (С.-Петербург, 2006); "Достиженш в спутниковой океанографии: изучение и мониторинг окраинных морей Азии (к 50-летию запуска первого искусственного спутника Земли)" (Владивосток, 2007).

Реализация результатов

Результаты работы использовались при выполнении плановых тем института, в проектах «Спутниковая океанология» и ФЦП «Мировой океан». Они были также использованы в международных проектах и размещены в интернете на сайтах:

• "The tropical and subtropical ocean viewed by ERS SAR" (при поддержке Европейского космического агентства) (http://earth.esa.int/applications/ERS-SARtropical/):

• "Advanced Detection and Interpretation of Oceanic and Atmospheric Signatures in Dual Polarization Airborne and Spaceborne Radar Imagery (ADI'DAS)" (INTAS-99-0242) (http://adidas.iki.rssi.ru/);

• "Slicks as indicators of marine processes (SIMP)" (INTAS-03-51-4987) (http://simp.iki.rssi.ru/, http://simp.poi.dvo.ru);

• "Oil spill monitoring by remote sensing" (в рамках Программы ООН по окружающей среде (UNEP)) (http://cearac.poi.dvo.ru);

Все аннотированные изображения РСА, полученные со спутников ERS-1 и ERS-2, интегрированы в корпоративную океанографическую ГИС ДВО РАН, сконструированную на основе интернет/интранет технологий ("http://gis.poi.dvo.ru).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 39 научных работ, приведенных в конце автореферата: из них 7 статей в рецензируемых журналах, в том числе 5 в журнале из списка ВАК, 4 главы в трех монографиях и 28 статей в трудах российских и международных конференций.

Личный вклад автора

Результаты, изложенные в диссертации, получены автором самостоятельно или на равных правах с соавторами. Автор принимал непосредственное участие в планировании и проведении подспутниковых экспериментов, анализе и интерпретации спутниковых и натурных измерений. Автору принадлежит программное обеспечение для обработки, архивирования, анализа и визуализации разнородной спутниковой и сопутствующей информации.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Дубина, Вячеслав Анатольевич

Выводы

Анализ спутниковых изображений с высоким разрешением показывает, что при слабых ветрах (0-5 м/с) циркуляция вод в зал. Петра Великого определяется особенностями развития общей циркуляцией Японского моря. При теплом типе термических условий Японского моря в зал. Петра Великого в сентябре-октябре проникают трансформированные субтропические воды. При северо-восточном направлении потока теплых вод в заливе формируются три спиральных циклонических вихря, в которые вовлекаются более холодные и менее прозрачные прибрежные воды. Вихрь диаметром ~40 км располагается к востоку от о. Б. Пелис, а два циклона с диаметрами ~ 15-25 км находятся южнее п-ва Гамова и о. Аскольд. При восточном направлении потока трансформированных субтропических вод в различное время года в юго-западной части залива вдоль изобаты 50 м могут генерироваться от одного до четырех циклонических спиральных вихря размером 5-10 км. При благоприятных погодных условиях (скорость приводного ветра в диапазоне 2-7 м/с) на поверхности богатых планктоном вод появляются плёнки поверхностно-активных веществ, которые служат трассерами, визуализирующими на спутниковых изображениях РСА и на изображениях в видимом диапазоне почти во всех частях зал. Петра Великого спиральные циклонические вихри диаметром от 1.5 до 10 км.

Если при теплом типе термических условий в северо-западной части Японского моря преобладает адвекция вод из системы Приморского течения, то в осенний период в восточную часть залива двумя узкими потоками (шириной 7-10 км) с востока и юга поступают прибрежные воды южного Приморья, характеризующиеся повышенной биологической продуктивностью. При слабом ветре (2-3 м/с) скорости течений в заливе составляют в среднем 0.2-0.3 м/с с максимумом 0.6 м/с в проливах между островами. В периоды обострения северо-западной ветви субарктического фронта скорости и градиенты скорости повышаются в центральной части залива на акватории между изобатами 50 и 100 м.

Поверхностное течение в пр. Босфор Восточный, судя по распределению плёнок ПАВ и начальных форм льда, имеет реверсивный характер. Направление потока зависит от ветрового режима и от общей циркуляции вод в заливе. Двунаправленное течение, отмеченное в лоции [43], зарегистрировано в центральной части пролива при образовании циклонического вихря.

При умеренных и сильных ветрах северных румбов, воды залива выносятся из зал. Петра Великого в открытое море.

Во время весеннего снеготаяния и дождевых паводков на циркуляцию вод в зал. Петра Великого существенное влияние оказывает сток рек Раздольная и Партизанская.

4.4 Нефтяное загрязнение

Основными источниками загрязнения морской среды в прибрежной зоне являются:

• поступление загрязняющих веществ (ЗВ) из атмосферы;

• сток с рельефа суши, который включает в себя речной сток и дождевой сток с городских территорий;

• водовыпуски предприятий и жилых массивов;

• несанкционированные сбросы ЗВ с судов;

• аварийные ситуации на судах и прибрежных предприятиях, приводящие к выбросу в морскую среду ЗВ.

Если поступление ЗВ сопровождается изменением цвета моря, температуры или шероховатости его поверхности, то источник и масштаб загрязнения при определённых параметрах окружающей среды можно оценить с помощью средств спутникового дистанционного зондирования. Изменения концентрации взвешенных и растворённых веществ приводят к вариациям оптических характеристик морской воды- цвета и прозрачности. Регистрация спутниковыми многоспектральными сенсорами восходящего излучения в узких спектральных интервалах видимого и ИК диапазонах позволяет определять различные био-оптические параметры морской воды: содержание хлорофилла, коэффициент поглощение, содержание жёлтого вещества и др. Если ЗВ содержат поверхностно-активные субстанции, которые подавляют мелкомасштабные компоненты спектра волнения, то загрязнённые участки морской поверхности регистрируются на радиолокационных изображениях как области с пониженной яркостью.

Спутниковые сенсоры видимого, инфракрасного и микроволнового диапазонов эффективно применяются для мониторинга загрязнения прибрежной зоны Европы [98], Калифорнии [89] и Гавайских островов [2-3]. РСА представляет собой уникальный инструмент для обнаружения и мониторинга нефтяного загрязнения морей. PJl-изображения позволяют не только надёжно фиксировать нефтяное загрязнение на обширных акваториях в любое время суток и независимо от облачности, но и оценивать характеристики, необходимые для моделирования поведения пятна на поверхности моря такие, как скорость ветра (рисунок 4.11), течения и др. Плёнки нефтепродуктов гасят капиллярно- гравитационные волны, поэтому на РЛ-изображении выглядят темнее по сравнению с фоном. Ряд явлений и объектов при слабом ветре сложно отличить от нефтяных загрязнений на изображениях РСА. К ним относятся природные пленки поверхностно-активных веществ, появляющихся на поверхности моря в процессе жизнедеятельности и разложения морских организмов [111]. Визуально различить плёнки антропогенного характера и природного происхождения можно по более тонкой (волокнистой) структуре последних. Кроме этого, плёнки разлившихся по поверхности нефтепродуктов разрушаются при больших значениях скорости ветра, чем пленки природные. Биогенные плёнки разрушаются при скорости ветра > 6м/с

Рисунок 4.1! - Природные и антропогенные плёнки на поверхности зал. Петра Великого на изображениях, полученных усовершенствованной РСА ASAR со спутника Envisat: (а) 15 августа 2007 г. в 13:04 Гр. и (б) 16 августа 2007 г. в 01:16 Гр.

Фрагменты, очерченные красными квадратами, в увеличенном масштабе показаны на левых врезках. Темные полосы AwB- следы за судами, осуществившими сброс нефтепродуктов. На правых врезках приведены поля приводного ветра, рассчитанные по радиолокационным изображениям. Цифры на врезках - средняя скорость ветра в квадратах 6 км х 6 км. рисунок 4.11), в то время как плёнки нефтепродуктов различимы на поверхности моря при ветре до 12 м/с. Поэтому при определённых ветровых условиях, антропогенное загрязнение в заливах можно определить с достаточной степенью надёжности. В 2004 г. в рамках одной из программ UNEP был создан портал "Oil spill monitoring by remote sensing" (http://cearac.poi.dvo.ru") [46], посвящённый спутниковому мониторингу нефтяных разливов в районе NOWPAP. Портал является единой точкой входа в ресурсы Интернета, в которых собраны сведения по проблемам нефтяного загрязнения Мирового океана и, в первую очередь, по спутниковому мониторингу Японского, Жёлтого морей и северной части Восточно-Китайского морей (район NOWPAP). Портал подключен к программным и архивным ресурсам ОИАС ТОЙ, что позволяет, в частности, сортировать изображения, на которых зарегистрированы нефтяные разливы, по различным параметрам, просматривать выбранные изображения в отдельном окне, знакомиться с аннотацией. Проведённый анализ изображений РСА северо-западной части Тихого океана свидетельствует о том, что эти два моря - одни из самых загрязнённых в регионе. А самым неблагополучным районом Японского моря является его северо-западная часть, включая зал. Петра Великого, где кроме сбросов нефтепродуктов с судов, загрязнение прибрежных акваторий происходит в бухтах портовых городов, среди которых выделяются б. Золотой Рог, пролив Босфор Восточный, заливы Стрелок и Находка [18].

Моделирование нефтяных разливов в заливе Петра Великого

PJI-изображения позволяют не только надёжно фиксировать нефтяное загрязнение, но и оценивать скорость и направление ветра и объём разлившейся нефти - параметры, необходимые для моделирования поведения пятна в море. Важно подчеркнуть, что процессы трансформации и дрейфа нефтяных пятен в существенной степени зависят от положения и интенсивности фронтальных разделов, вихревых образований и других динамических явлений, которые качественно и количественно регистрируются РСА. Указанные факторы не нашли адекватного отражения в существующих моделях эволюции нефтяных пятен в море.

Ниже представлены результаты моделирования эволюции двух нефтяных разливов, которые произошли в зал. Петра Великого вблизи от Дальневосточного государственного морского заповедника. Использовалась модель ADIOS2, разработанная в NASA по заказу правительства США, которая позволяет рассчитать поведение нефтепродуктов в море в течение пяти суток с момента разлива при различных погодных условиях. Солёность воды в модели ADIOS2 задаётся 3 градациями. Для морской воды принята градация > 32%о. Состав и свойства нефтепродуктов, в частности, льяльных вод, установить дистанционными методами трудно, если вообще возможно. Поэтому параметры нефти были взяты из базы данных программы ADIOS2, где приведены сведения для более 1500 типов сырой нефти и нефтепродуктов. Расчеты велись для Сахалинской нефти. При 15°С ее плотность равна 0,863 г/см3, а вязкость - 4,6 сСт. Направление приводного ветра определялось по форме нефтяного пятна. Скорость приводного ветра над незагрязненными участками моря вблизи от пятна была рассчитана по измеренным значениям УЭПР по модели CMOD4 с учетом угла визирования и направления ветра. Восстановленные параметры ветра находились в согласии с данными метеостанции Владивосток на момент зондирования (архив сайта «Погода России»).

На рисунке 4.12а представлено изображение зал. Петра Великого, полученное РСА со спутника ERS-2 22 сентября 1997 г. в 2:00 Гр на 12668 витке. На изображении отчетливо видно темное вытянутое пятно, которое образовалось вследствие сброса загрязняющих веществ с судна (рисунки 4.12а). Площадь пятна составила 22 500 000 м2. Значение УЭПР в более темной части нефтяного пятна а°н = -19,8 дБ, а в более светлой а°н = -13,2 дБ. Значение УЭПР фона заметно выше и составляет а°ф = -10 дБ. По отношению а°н/а°ф и на основе данных натурных наблюдений была оценена толщина пленки du, которая оказалась заключена в пределах типичных значений 0,1-0,5 мкм. Объем выброшенных нефтепродуктов Vh рассчитывался при значениях dH = 0,1 мкм и 0,5 мкм и составил 2,25 м3 и 11,25 м3 соответственно.

По измерениям со спутника NOAA температура воды 22 сентября равнялась 15°С. Скорость ветра, восстановленная по модели CMOD4, составила 3 м/с. Направление ветра определялось по ориентации узких полос нефтепродуктов и по положению сплошной (более толстой) полосы с подветренной стороны пятна (рисунок 4.126). В момент PJI-зондирования направление ветра над пятном было 217°.

Таким образом, были получены или заданы все данные, необходимые для моделирования поведения нефти в море: свойства нефтепродуктов, объем и площадь нефтяного разлива, скорость и направление ветра, температура и соленость морской воды.

Из результатов моделирования следует, что при объеме нефти Vh - 2 м3 (толщина пленки 0,1 мкм) потери за счет испарения составляют 22% за первые два часа, после чего испарение замедляется. За первые сутки объем потерь возрастает до 40%. В последующие четверо суток испарение нефти происходит медленно, и количество оставшихся более тяжелых фракций нефти составляет около 59% от первоначального объема. Если принять, что толщина пленки 0,5 мкм, то объем разлива составит 11,25 м3. Нефть в этом случае испаряется несколько медленнее и за два часа теряет до 19% от первоначального объема. Дальнейшие потери нефти в процентном отношении такие же, как и при объеме в 2 м3.

Из результатов моделирования следует, что через пять суток после разлива 22 сентября 1997 г. в море могло остаться 59% от первоначального объема разлитой нефти (рисунок 4.13). Если принять скорость дрейфа плёнки равной 3% от скорости ветра, то за 5 суток при ветре 3 м/с

Рисунок 4.12- Изображение РСА зал. Петра Великого, полученное со спутника ERS-2 22 сентября 1997 г. (а). Белый прямоугольник очерчивает фрагмент изображения, показанные в увеличенном масштабе на рисунке (б). Большой прямоугольник на рисунке (б)- границы увеличенного фрагмента, показывающего определение направления ветра по ориентации узких полос нефтепродукта (в). нефтепродукты могли сместиться на расстояние до 13 км. Кратчайшее расстояние от пятна до границы морского заповедника составляло -10 км.

Изображение зал. Петра Великого, полученное РСА со спутника ERS-2 23 марта 1999 г. в 13:26 Гр., орбита 20505, показано на рисунке 4.146. На изображении виден след от сбрасываемой на ходу судна загрязнённой нефтепродуктами воды (рисунки 4.146). Значение УЭПР в более темной части пятна составляет -24,2 дБ, значение УЭПР фона составляет -11,6 дБ. По отношению

О 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120

Время, ч —•—22.09.1997 —23.03.1999

Рисунок 4.13 - Термические и динамические структуры в области течения Соя 13 мая 2002 г.: (а) изображение РСА со спутника ERS-2 в 01:18 Гр, (б) ИК-изображение со спутника NOAA в 03:46 Гр. Черные цифры - температура поверхности воды. о°н / о°ф и на основе натурных наблюдений и экспериментов [145] можно оценить толщину пленки в 0,2 мкм. При общей длине следа 60 км площадь пятна составляет 24 600 000 м2, что дает объем разлива 4.9 м\ Температура воды в районе разлива была — 0°С. В момент зондирования направление ветра над пятном составляло 145°. Скорость ветра, рассчитанная по модели CMOD4, составила 3 м/с. Как и в предыдущем случае, для моделирования были взяты параметры сахалинской нефти. Результаты моделирования показывают, что за первые два часа нефть за счет испарения теряет до 18% своего количества, после чего испарение замедляется. За сутки эта величина возрастает до 29%, При температуре воды 0°С потери нефти меньше, чем при 15°С, как это было 22 сентября. При неизменных гидрометеорологических условиях в море через пять суток осталось бы 63% от объема первоначально разлитой нефти (рисунок 4.13). При скорости дрейфа плёнки равной 3% от скорости ветра пятно нефтепродуктов за 5 суток могло сместиться на 13 км. Кратчайшее расстояние от пятна до границы морского заповедника составляло 2,2 км.

Как видно из представленных примеров, спутниковые РСА являются эффективным инструментом для обнаружения нефтяного загрязнения на обширных акваториях в любое время суток и независимо от облачности. Помимо обнаружения нефтепродуктов, по изображениям РСА могут быть определены характеристики ветра, положение фронтальных разделов и вихревых образований, необходимые для моделирования поведения пятна на поверхности моря. В настоящее время изображения РСА используются при мониторинге загрязнения Северного, Балтийского и Средиземного морей, но не востребованы экологическими организациями и службами в дальневосточном регионе. Отметим в связи с этим, что потенциал РСА был продемонстрирован в январе 1997 г. при аварии танкера "Находка" у берегов Японии (RADARSAT) и в декабре 2007 г. при аварии у побережья Южной Кореи танкера «Heibei Spirit».

Рис. 4.14 - Сброс загрязненных нефтепродуктами вод на акватории дальневосточного морского заповедника и прилегающих к нему водах, (а) Черный квадрат показывает границы изображения РСА, полученного со спутника ERS-2 23 марта 1999 г. в 13:27 Гр. Зеленым цветом выделены акватории заповедника, (б) Изображение РСА размером 100 км х 100 км. Размер пикселя 12,5 м х 12, 5 м. Белый прямоугольник очерчивает границы фрагмента (в), на котором в виде темной расплывающейся полосы виден след за судном, нелегально сбрасывающим загрязненные воды. Красный квадрат ограничивает начальную часть полосы. Увеличенное изображение этой области показано в правой нижней части фрагмента (в), на котором судно - источник загрязнения залива-отображается в виде белого прямоугольника. Площадь загрязненной поверхности примерно 15 км2.

Заключение

В результате проведённого исследования доказано, что спутниковые РСА являются эффективным инструментом для изучения и мониторинга явлений и процессов в Японском и Охотском морях с масштабами от 100-200 м до нескольких сотен километров. Получены следующие результаты и выводы:

1. Создан архив аннотированных изображений северо-западной части Тихого океана, полученных РСА со спутников ERS-1, ERS-2, Envisat и ALOS, интегрированный в океанологическую информационную-аналитическую систему ТОЙ. Разработан комплекс программных средств для обработки, архивирования, анализа и визуализации разнородных спутниковых данных.

2. Изучены и систематизированы особенности проявления на изображениях РСА разномасштабных динамических явлений и процессов в Японском и Охотском морях.

3. Положение PJI-сигнатур, обусловленных градиентами скорости непериодических поверхностных течений в Японском море, в южной части Охотского моря и в Сахалинском зал., весной и осенью совпадает с максимальными градиентами ТПМ.

4. Проведён анализ и обобщение спутниковых изображений Японского и Охотского морей для изучения структуры, характеристик и пространственно-временной изменчивости гравитационных внутренних волн. Показано, что поверхностные проявления ВВ в августе-октябре наблюдаются на всей акватории Японского моря. В Охотском море нелинейные ВВ наиболее распространены на всём шельфе о. Сахалин с максимумами повторяемости в июне и августе-сентябре.

5.Впервые построены с высоким пространственным разрешением поля приводного ветра, дрейфа льда и скорости поверхностных течений в зал. Петра Великого.

6. По данным РСА выделены районы наибольшего загрязнения нефтепродуктами, определены площади отдельных разливов, оценены их объёмы. Создан интернет-ресурс по спутниковому мониторингу нефтяных разливов в Японском и Жёлтом морях.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Дубина, Вячеслав Анатольевич, Владивосток

1. Алексанин А.И., Алексанина М.Г., Булатов Н.В., Гербек Э.Э. Методические аспекты выделения вихревых структур на спутниковых ИК изображениях // Изв. ТИНРО. 1997. Т. 122. С. 2-11.

2. Бондур В. Г., Килер Р.Н., Старченков С.А., Рыбакова Н.И. Мониторинг загрязнений прибрежных акваторий с использованием многоспектральных космических изображений высокого разрешения / Исследование Земли из космоса. 2006. № 6. С. 42-49.

3. Боуден К. Физическая океанография прибрежных вод / М. Мир. 1988. 324 с.

4. Булатов М.Г., Кравцов Ю.А., Лаврова О.Ю. и др. Физические механизмы формирования аэрокосмических радиолокационных изображений океана // Успехи физ. наук. 2003. Т. 173. № 1. С. 69-87.

5. Булатов Н.В., Куренная Л.А. Муктепавел Л.С., Алексанина М.Г., Гербек Э.Э. Вихревая структура вод южной части Охотского моря и её сезонная изменчивость (результаты спутникового мониторинга) // Океанология. 1999. Т. 39. № 1. С. 36-45.

6. Булатов Н.В., Лобанов В.Б. Исследование мезомасштабных вихрей восточнее Курильских островов по данным метеорологических спутников Земли // Исследование Земли из космоса. 1983. № 3. С. 40-47.

7. Веселова Л.Е. Некоторые особенности температурного режима вод у юго-западного побережья о. Сахалин / Тр. ДВНИГМИ Л: Гидрометеоиздат, 1963. Вып. 013. С. 42-63.

8. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. VIII. Японское море. Вып.1. Гидрометеорологические условия / Под ред. А.С. Васильева, Ф.С. Терзиева, А.Н. Косарева. С.-П.: Гидрометеоиздат, 2003. 398 с.

9. Гидрометеорология и гидрохимия морей. T.IX. Охотское море. Вып.1. Гидрометеорологические условия / Под ред. Б.Х. Глуховского, Н.П. Гоптарева, Ф.С. Терзиева. С.-П.: Гидрометеоиздат, 2003. 398 с.

10. Голик А.В., Фищенко В.К., Дубина В.А., Митник Л.М. Интеграция спутниковых и подспутниковых данных по северо-западной части Тихого океана в корпоративной океанографической ГИС ДВО РАН // Исследование Земли из космоса. 2004. № 6. С. 73-80.

11. Гончаренко И.А., Федеряков В.Г., Лазарюк А.Ю., Пономарёв В.И. Тематическая обработка данных AVHRR на примере изучения прибрежного апвеллинга // Исследование Земли из космоса. 1993. №2. С. 97-107.

12. Грудин Б.Н., Кисленок Е.Г., Плотников B.C., Фищенко В.К. Программа для ЭВМ: Корреляционно-спектральный анализ изображений. Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам. Per. номер 2004610777 (29.03.2004).

13. Давыдов А.В., Долгих Г.И. Регистрация сейсмоакустических колебаний, вызванных волнами в океане // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т. 26. № 3. С. 327-329.

14. Данченков М.А., Фельдман К.Л., Файман П.А. Температура и солёность вод залива Петра Великого // Тем. вып. ДВНИГМИ. 2003. №4 С. 10-25.

15. Данченков М.А. Обри Д.Г., Лобанов В.Б. Пространственная структура вод северо-западной части Японского моря зимой // Тематический выпуск ДВНИГМИ №3. Владивосток: Дальнаука, 2000. С. 92-105.

16. Дикинис А.В., Иванов А.Ю., Карлин J1.H. и др. Атлас аннотрованных радиолокационных изображений морской поверхности, полученных космическим аппаратом «АЛМАЗ-1» / Под ред. Л.Н. Карлина. М: ГЕОС, 1999. 118 с.

17. Дубина В.А., Митник Л.М. Внутренние волны в Японском море: пространственно-временное распределение и характеристики по данным спутникового дистанционного зондирования// Исслед. Земли из космоса, 2007. №. 3. С. 37-46.

18. Дубина В.А., Даркин Д.В. Спутниковый мониторинг нефтяного загрязнения / Дальневосточные моря России. В 4 кн. Гл. ред. В.А. Акуличев. Книга 4. Физические методы исследования. Отв. ред. Г.И. Долгих. М: Наука, 2007. С. 538-556

19. Жабин И.А., Грамм-Осипова О.Л., Юрасов Г.И. Ветровой апвеллинг у северо-западного побережья Японского моря // Метеорология и гидрология. 1993. № 10. С. 82-86.

20. Жабин И.А., Дубина В.А., Некрасов Д.А., Дударев О.В. Структурные особенности зоны смешения речных и морских вод вблизи устья реки Амур по данным спутниковых и гидрологических наблюдений // Исслед. Земли из космоса. 2007. № 5. С. 61-70.

21. Зуенко Ю.И., Юрасов Г.И. Водные массы северо-западной части Японского моря // Метеорология и гидрология. 1995. № 8. С. 50-57.

22. Ильичев В.И., Навроцкий В.В. Генерация внутренних волн и вертикальная структура температуры вблизи границы шельфа//Докл. АН СССР. 1987. Т. 294. № 1. С. 216-220.

23. Калмыков А.И., Ефимов В.Б., Кавелин С.С. и др. Радиолокационная система бокового обзора ИСЗ "Космос-1500" // Исслед. Земли из космоса. 1984. № 5. С. 84-93.

24. Каменкович В.М., Кошляков М.Н., Монин А.С. Синоптические вихри в океане / Л.:

25. Гидрометеоиздат, 1982. 264 с.

26. Каневский М.Б. Теория формирования радиолокационного изображения поверхности океана / Нижний Новгород: ИПФ РАН. 2004. 123 С.

27. Коняев К.В., Сабинин К.Д. Волны внутри океана / С-П., Гидрометеоиздат, 1992. 272 с.

28. Кудрявцев В.Н., Акимов Д.Б., Йоханнессен О.М. Проявление мезомасштабной изменчивости моря на радиолокационных изображениях его поверхности // Исследования Земли из космоса. 2003. №3. С. 27-46.

29. Ластовецкий Е.И., Вещева В.М. Гидрометеорологический очерк Амурского и Уссурийского заливов. Владивосток: Изд. ДВНИГМИ, 1964. 264 с.

30. Ластовецкий Е.И., Якунин Л.П. Гидрометеорологическая характеристика Дальневосточного государственного морского заповедника // Цветковые растения островов Дальневосточного морского заповедника. Владивосток, 1981. С. 18-33.

31. Левин В.А., Алексанин А.И., Алексанина М.Г. Задачи и проблемы спутникового информационного обеспечения мониторинга океана и атмосферы на Дальнем Востоке // Вестник ДВО РАН. 2007. № 4. С. 95-110.

32. Лобанов В.Б. Возможность исследования океанических фронтов по спутниковым данным / Исследование гидрометеорологических параметров тропической зоны океана дистанционными методами. Владивосток, 1981. С. 8-15.

33. Лобанов В.Б., Рогачев К.А., Булатов Н.В., Ломакин А.Ф., Толмачев К.П. Долгопериодная эволюция теплого вихря Куросио // Докл. АН СССР. 1991. Т. 317. № 4. С. 984-988.

34. Лоция северо-западного берега Японского моря от р. Туманная до м. Белкина / С.-Пб.: ГУНиОМО, 1996. 354 с.

35. Лучин В.А., Тихомирова Е.А., Круц А.А. Океанографический режим вод залива Петра Великого (Японское море) / Изв. ТИНРО. 2006. Т. 143. ISSN 1606-9919. С. 203-218.

36. Лучин В.А., Сагалаев С.Г. Океанологические условия в Амурском заливе (Японское море) зимой 2005 г. // Изв. ТИНРО. 2005. Т. 140. ISSN 1606-9919. С. 130-169.

37. Митник Л.М, Дубина В.А., Митник М.Л. Использование спутниковых РЛС с реальной и синтезированной апертурой для картирования поля ветра в прибрежных районах // Исследование Земли из космоса. 2003. N 2. С. 47-58.

38. Митник Л.М., Митник М.Л., Дубина В.А. Дистанционное радиофизическое зондирование системы океан-атмосфера / Дальневосточные моря России. М: Наука, 2007. Книга 4. Физические методы исследования / отв. ред. Г.И. Долгих. С. 449-537.

39. Митник Л.М., Шевченко Г.В., Софиенко Ю.А., Дубина В.А. О приливном происхождении пояса холодных вод в районе скалы Камень Опасности в проливе Лаперуза // Исследование Земли из космоса, 2006. №. 5. С. 86-96.

40. Монин А.С., Красицкий В.П. Явления на поверхности океана / Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 375 с.

41. Мудрый М.В. Обнаружение нефтяного загрязнения на поверхности океана с помощью спутниковой радиолокационной станции с синтезированной апертурой / Дипломная работа. Науч. рук. В.А. Дубина. Владивосток. ДВГУ, ИОС, ГФФ, 2002. 69 с.

42. Наговицын А.П., Пелиновский Е.Н. Наблюдение одиночных внутренних волн в прибрежной зоне Охотского моря // Метеорология и гидрология. 1988. № 4. С. 124-126.

43. Никитин А.А., Лобанов В.Б., Данченков М.А, Возможные пути переноса тёплыхсубтропических вод в район Дальневосточного морского заповедника // Изв. ТИНРО, 2002. Т. 131. С. 41-53.

44. Никитин А.А., Харченко A.M. Типизация и изменчивость термической структуры Японского моря // Изв. ТИНРО. 2002. Т. 131. С. 22-40.

45. Новотрясов В.В., Ванин Н.С. Низкочастотные внутренние волны в прибрежной зоне Японского моря // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2002. Т. 38, №4. С. 557-565.

46. Плотников В.В. Изменчивость ледовых условий дальневосточных морей России и их прогноз / Владивосток: Дальнаука. 2002. 172 с.

47. Радиолокационные методы и средства оперативного дистанционного зондирования Земли с аэрокосмических носителей / Под ред. С.Н. Конюхова, В.И. Драновского, В.Н. Цымбала. Киев: НАНУ НКАУ, ЦРЗЗ им. Калмыкова. 2007. 439 с.

48. Радиолокация поверхности Земли из космоса / Под ред. JI.M. Митника, С.В. Викторова. Л.: Гидрометеоиздат. 1990. 200 с.

49. Рекомендации по использованию спутниковых ИК-изображений в океанологических исследованиях / Препр. Владивосток: ТИНРО. 1984. 44 с.

50. Ростов И.Д., Жабин И.А. Гидрологические особенности приустьевой области р. Амур // Метеорология и гидрология. 1991. №7. С. 94-99.

51. Савельева Н.И. Общая схема циркуляции вод Амурского и Уссурийского заливов по результатам численного моделирования //Деп. ВИНИТИ № 2268-В89. Владивосток, 1989. 29 с.

52. Серебряный А.Н. Внутренние волны в прибрежной зоне приливного моря / Океанология. 1985. Т. XXV. Вып. 5. С. 744-751.

53. Справочник по волнению. Прибрежная зона Приморья / Под ред. Л.П. Якунина. ДВНИГМИ. Владивосток. 1976 г. 63 с.

54. Супранович Т.И. Максимальные и средние скорости течений в поверхностном слое Татарского пролива / Тр. ДВНИГМИ. Л: Гидрометеоиздат, 1989. Вып. 39. С. 34-36.

55. Супранович Т.И. Гидрология залива Петра Великого. Владивосток. 1999. 160 с. (рукопись, арх. ТОЙ ДВО РАН).

56. Фёдоров К.Н. Физическая природа и структура океанических фронтов. Л.:Гидрометеоиздат, 1983. 296 с.

57. Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана / Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 319 с.

58. Четырботский А.Н., Плотников В.В. Ледяной покров Японского моря. Анализ данных и моделирование / Владивосток: Дальнаука. 2005. 145 с.

59. Шапкина В.Ф. Прогноз границы четырёхбальных льдов в заливе Петра Великого // Тр. ДВНИГМИ. 1963. Вып. 13. Под. ред. Шапкиной В.Ф. С. 111-128.

60. Шулейкин В.В. Физика моря / М.: Наука. 1968. 1084 с.

61. Юрасов Г.И., Яричин В.Г. Течения Японского моря / Владивосток: Изд. ДВО АН СССР, 1991. 174 с.

62. Якунин Л.П. Атлас границ распространения крупных форм льда дальневосточных морей России. Изд. ТОЙ ДВО РАН. Владивосток, 1995. 58 с.

63. Якунин Л.П. Атлас ледовитости дальневосточных морей СССР. Владивосток, ПУГКС, 1987. 80 с.

64. An Atlas of Oceanic Internal Solitary Waves (February 2004). Sea of Japan Korea Strait / By Global Ocean Associates Prepared for Office of Naval Research - Code 322 PO. http://www.internalwaveatlas.com/.

65. Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves //Nature, 1985. 314. P. 245-247.

66. Alpers W., Hennings I. A theory of the imaging mechanism of underwater bottom topography by real and synthetic aperture radar // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 10529-10546.

67. Alpers W., Huhnerfuss H. Radar signatures of oil films floating on the sea surface and the Marangoni effect// J. Geophys. Res. 1988. V. 93. P. 3642-3648.

68. Apel J.R., Byrne H.M., Proni J.R., Charnell R.L. Observations of oceanic internal and surface waves from the Earth Resources Technology Satellite // J. Geophys. Res. 1975. V. 80, N 6. P. 865-881.

69. Brandt P., Romeiser R., Rubino A. On the determination of characteristics of the interior ocean dynamics from radar signatures of internal solitary waves // J. Geophys. Res. 1999. V. 104. № С12. P. 30039-30045.

70. Coastal and marine applications of wide swath SAR / Johns Hopkins Technical digest. 2000. V. 21. №1. 185 p.

71. Clemente-Colon P., Yan X.-H. Observations of east coast upwelling conditions in synthetic aperture radar imagery // IEEE Transact, on Geosc. and Rem. Sens. 1999. V. 37. № 5. 2239-2248.

72. Danchenkov M.A., Aubrey D.G., Feldman K.L. Oceanography of area close to the Tumannaya river mouth (the Sea of Japan) / Pacific Oceanography, 2003. V.l. N.l. P. 61-69.

73. Danchenkov M.A. Seawater density distribution in Peter The Great Bay / Pacific Oceanography, 2003. V.l. N.2. P. 179-184.

74. DiGiacomo P. M., Holt B. Satellite observations of small coastal ocean eddies in the Southern California Bight//J. Geophys. Res., 2001. V. 106. N C10. P. 22521-22544.

75. DiGiacomo P.M., Washburn L., Holt В., Jones B.H. Coastal pollution hazards in southern California observed by SAR imagery: stormwater plumes, wastewater plumes, and natural hydrocarbon seeps//Marine Pollution Bulletin. 2004, №49. P. 1013-1024.

76. Dubina V.A., Mitnik L.M. Evidence of the West Sakhalin Current in ERS-2 and Envisat-1 collocated SAR images // Proc. 2004 Envisat & ERS Symposium, Salzburg, Austria, September 2004. ESA SP-572 Publication. 2005. 2P074dubina148.pd.

77. Dubina V., Mitnik L. Sea surface features near Northern Sakhalin: study with satellite synthetic aperture radar imagery // Proc. 17th Intern. Symposium on the Okhotsk Sea and Sea Ice. 24-28 February 2002. Mombetsu, Hokkaido, Japan. 2002. P. 66-73.

78. Earth observation handbook Электронный ресурс.: 2005. http://www.eohandbook.com/

79. Ermakov S. A., Salashin S.G., Panchenko A.R. Film slicks on the sea surface and some mechanisms of their formation // Dynamics of Atmospheres and Oceans. 1992. 16: 279-304.

80. Ermakov S.A., da Silva J.C.B., Robinson I.S. The role of surface films in ERS SAR signatures of internal waves on the shelf. II. Internal tidal waves // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 8033-8044.

81. Fu L.L., Holt B. Seasat views oceans and sea ice with synthetic aperture radar / Publ. 81-120, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, 1982. 200 p.

82. Fu L-L., Holt B. Some examples of detection of oceanic mesoscale eddies by the SEASATsynthetic-aperture radar // J. Geophys. Res., 1983. V. 88. N 3. P. 1844-1852.

83. Gade M. Satellite remote sensing of coastal discharge plumes in Europe // Proceed. First Int. Conf. Studying Land Use Effects in Coastal Zones with Remote Sensing and GIS. 13-16 August 2003, Kemer/Antalya, Turkey. P. 128-135

84. Hersbach D. CMOD5 an improved geophysical model function for ERS C-band scatterometry // Techn. Mem., European Center for Medium-Range Weather Forecast. Reading, UK, 2003.

85. Jackson C.R., Apel J.R. Synthetic Aperture Radar Marine User's Manual / http://wwvv. sarusersmanual .com/.

86. Johannessen J. A., Digranes G., Espedal H. et al. SAR ocean feature catalogue / NERSC/ESA/ESTEC, 1994. ESA SP-1174. 106 p.

87. Johannessen J. A., Shuchman R. A., Digranes G., Lyzenga D. R., Wackerman C., Johannessen O.M., Vachon P.W. Coastal ocean fronts and eddies images with ERS 1 synthetic aperture radar // J. Geophys. Res., 1996. V. 101. N C3. P. 6651-6667.

88. Johannessen J. A., Kudryavtsev V., Akimov D., Eldevik Т., Winther N., Chapron B. On radar imaging of current features: 2. Mesoscale eddy and current front detection // J. Geophys. Res., 2005. V. 110. C07017. doi: 10.1029/2004JC002802.

89. Kudryavtsev V., Hauser D., Gaudal J., Chapron B. A semiempirical model of the normalized radar cross section of the sea surface. I. Background model // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. N C3.805d, doi: 10.1029/2001JC001003.

90. Liu A. K., Chang Y. S., Hsu M.-K., Liang N. K. Evolution of nonlinear internal waves in the East and South China Seas // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. N C4. P. 7995-8008.

91. Lyzenga, D. R., Shcuchman R. A., Rufenach C. L. Synthetic aperture radar measurements of ocean surface currents //Geophys. Res. Lett. 1982. V. 9. P. 747-750.

92. Lyzenga, D.R., Marmorino G. Measurement of surface currents using sequential synthetic aperture radar images of slick patterns near the edge of the Gulf Stream // J. Geophys. Res., 1998. V. 103. N9. P. 18.769-18.777.

93. Marine surface films. Chemical characteristics, influence on air-sea interactions and remote sensing / Ed.1 by M. Gade, H. HUhnerfuss, G.M. Korenowski. Springer, Germany, 2006. 341 p.

94. Marmorino G.O., Smith G.B., Lindemann G.J. Infrared imagery of ocean internal waves // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. LI 1309, doi:10.1029/2004GL020152.

95. Martin S., Kawase M. The southern flux of sea ice in the Tatarskiy Strait, Japan Sea and the generation of the Liman Current / J. Marine Res. 1998. V. 56. P. 141-155.

96. Martin S., Polyakov I., Markus Т., Drucker R. Okhotsk Sea Kashevarov Bank polynya: Its dependence on diurnal and fortnightly tides and its initial formation // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. № C9. C09S04.

97. Mitnik L.M. Mesoscale coherent structures in the surface wind field during cold air outbreaks over the Far Eastern seas from the satellite side looking radar // La mer. 1992. V. 30. № 3. P. 287-296.

98. Mitnik L.M., Dubina V.A. Synoptic-scale, mesoscale and fine-scale oceanic features in the Japan/East Sea: Study with ERS-1/2 SAR and Envisat ASAR // Proc. IGARSS'05. Seoul, Korea. July 2005. Vol. VII. P. 4788-4791.

99. Mitnik L.M., Dubina V.A. Surface Currents in the Japan and Okhotsk Seas: Study with Satellite SAR // Proc. IGARSS'06, Denver, Colorado, 31 July-4 August 2006. ISBN: 0-7803-9510-7. P. 23942396.

100. Mitnik L., Dubina V. Features of surface circulation in the Aniva Bay and surrounding waters asseen by ERS synthetic aperture radar // Proc. 18th International Symposium Okhotsk Sea and Sea Ice. February 2003. Mombetsu, Hokkaido, Japan. P. 257-264.

101. Mitnik L.M., Dubina V.A., Konstantinov O.G. Envisat ASAR polarization experiment in Peter the Great Bay, Japan Sea: Preliminary results // EARSeL eProceedings. V. 5. №2. 2006. P. 199-207.

102. Mitnik L.M., Dubina V.A., Shevchenko G.V. ERS SAR and Envisat ASAR observations of oceanic dynamic phenomena in the southwestern Okhotsk Sea // Envisat & ERS ESA Symposium. 6-10 September, 2004. Salzburg, Austria. ESA SP-572 Publication. 10 pp.

103. Mitnik L., Dubina V., Sugimori Y., ERS SAR observations of dynamic features in the Soya Warm Current // Proc. PORSEC 2002; Bali, Indonesia, September 2002. Vol. 1. P. 182-187.

104. Mitnik L.M., Kalmykov A. I. Structure and dynamics of the Sea of Okhotsk marginal ice zone from "Ocean" satellite radar sensing data // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. № C5. P. 7429-7445.

105. Mitnik L.M., Lobanov V.B. Reflection of the oceanic fronts on the satellite radar images // Oceanography of Asian Marginal Seas. Elsevier Oceanography Series, 54 / Editor K. Takano. Elsevier, Amsterdam, 1991. P. 85-101.

106. Mitnik L.M., Yoon H-J., Dubina V.A. Kim Y-S. Kim S.-W. ERS SAR observations of the Korean coastal waters // The 24th Asian Conference on Remote Sensing & 2003 Intern. Symposium on Remote Sensing. Busan, Korea, 3-7 November 2003. Vol. 1. P. 228-230.

107. Navrotsky V.V., Lozovatsky I.D., Pavlova E., Fernando H.J.S. Observations of internal waves and thermocline splitting near a shelf break of the Sea of Japan (East Sea) // Continental Shelf Research. 2004. №24. P. 1375-1395.

108. Nilsson C.S., Tildesley P.C. Imaging of oceanic features by ERS 1 synthetic aperture radar // J. Geophys. Res., 1995. V. 100. N 1. P. 953-967.

109. Nilsson C.S., Tildesley P.C., Petersen J. Mapping of the East Australian current with the ERS-1 SAR and shipborne studies // Proc. of First ERS-1 Symposium. March 1993. ESA SP-359 (1). P. 95-100.

110. Orr M.H., Mignerey P.C. Nonlinear internal waves in the South China Sea: Observation of the conversion of depression internal waves to elevation internal waves // J. Geophys. Res. 2003. V. 108. № C3, 3064, doi: 10.1029/2001JC001163.

111. Osborne A. R., Burch T. L. Internal solitons in the Andaman Sea // Science. 1980. V. 208, № 4443. P.451-460.

112. Ostrovsky LA, Stepanyants YA. 1989. Do internal solitons exist in the ocean? // Rev. Geophys. №27. P. 293-310.

113. Romeiser R., Uffermann S., Alpers W. Remote sensing of oceanic current features by synthetic aperture radar- achievements and perspectives //Ann. Telecommun. 2001. V. 56. № 11-12. P. 661-671.

114. Sabinin K., Serebryany A. Intense short-period internal waves in the ocean // J. Marine Res. 2005. N63. P. 227-261.

115. Small J., Hallock Z., Pavey G, Scott J. Observations of large amplitude internal waves at the Malin Shelf edge during SESAME 1995 //Continental Shelf Research. 1999. 19. P. 1389-1436.

116. Steward. R.H. Methods of satellite oceanography / USA.: University of California press, 1985. p.360.

117. Stoffelen A.C.M., Anderson D.L.T. Scatterometer data interpretation: Estimation and validation of the transfer function CMOD4 // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. N C3. P. 5767-5780.

118. Wismann V., M. Gade, W. Alpers. Radar signatures of marine mineral oil spills measured by an airborne multi-frequency radar // INT. J. Remote Sensing. 1998. Vol. 19, №18. P. 3607 3623.