Учёные из Морского гидрофизического института РАН (МГИ) (г. Севастополь) исследуют процесс обрушения волн (в активной фазе так называемые «барашки»), основываясь на спутниковых оптических данных высокого разрешения Landsat-8. Применение спутниковых измерений позволяет получить новые данные о закономерностях обрушения и диссипации волновой энергии в системе Мирового океана и способствует корректному построению современных теоретических моделей
Обрушение поверхностных волн – физическое явление, которое играет важную роль в процессах, связанных с диссипацией энергии морского волнения, газообменом между океаном и атмосферой. Кроме этого, обрушение волн вносит существенный вклад в сигналы, полученные при радиолокационном или оптическом зондировании океана из космоса. Их учет необходим для корректной интерпретации различных спутниковых измерений. Дистанционное исследование Земли из космоса позволяет изучать роль обрушений поверхностных волн в их динамике. Сбор метеорологической и волновой информации с помощью спутников дает подробные и точные сведения о местоположении, размерах, скорости, направлении распространения обрушений, для выделения которых на морской поверхности применяются различные математические методы.
Российские специалисты предложили новаторское решение для идентификации обрушения волн, используя зарегистрированные спутниковые данные Landsat-8. Учёные МГИ и Российского государственного гидрометеорологического университета (РГГУ) в Санкт-Петербурге представили результаты исследования в рецензируемом международном журнале "REMOTE SENSING OF ENVIRONMENTHTTPS". Работа была выполнена при поддержке проекта РНФ «Система морской лед-океан-атмосфера в Арктике по данным спутниковых наблюдений и моделирования», который недавно завершился (с 2017 по 2020 гг.).
Соавтор исследования, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией инновационных методов океанологических исследований Федерального исследовательского центра «Морской гидрофизический институт РАН» (ФГБУН ФИЦ МГИ) (г. Севастополь) – Арсений Александрович Кубряков – рассказал, в чём состоят особенности обрушения волн и что вызывает такие явления, а также что представляет собой авторский оригинальный метод, опирающийся на спутниковые данные.
«Волны представляют угрозу для судоходства, нефтяных платформ, прибрежных структур. Чтобы понимать, какие риски существуют при строительстве берегоукрепительных сооружений и волнозащитных платформ, нужно знать, какие волны в этом районе действуют. Для этого используют методы моделирования, которые основаны на знании баланса энергии волны. Основной приток энергии идет от ветра, дальше, в зависимости от интенсивности ветра, времени его действия и разгона волны, растет энергия волн. Существуют факторы, которые влияют на энергию ослабления волны. Одним из важных таких факторов является обрушение волн. Когда крутизна волны достигает определенного критического значения, волна обрушивается, происходит диссипация волновой энергии и волны затухают. Чтобы правильно моделировать волны, нужно знать, как идёт накачка энергии и её диссипация», – Арсений Кубряков уточнил, чем вызван научный интерес к обрушению и рассеиванию волн в открытом океане/атмосфере.
Результаты данных наблюдений могут иметь практическое значение: по наблюдаемым из космоса аномалиям барашков учёные смогут идентифицировать внутренние волны, неоднородности донной топографии и фронтальные разделы в океане. Эта возможность имеет исключительно важное значение для обеспечения безопасности судоходства. Из-за того, что в мелководных районах суда двигаются по фарватерам, под воздействием течений и волн фарватеры «засыпаются» и меняют своё положение. Использование наших результатов позволит развивать спутниковый мониторинг изменчивости рельефа дна в мелководных районах для обеспечения безопасности прибрежного судоходства.
Как показано, пространственные изменения барашков трассируют зоны конвергенции и дивергенции поверхностных течений. В зонах конвергенции скапливается планктон и другие питательные вещества, которыми питаются пелагические рыбы. Т.е. зона конвергенции (где мы из космоса наблюдаем много белых барашков) является зоной скопления рыбы, потенциально имеющей рыбопромысловое значение. С другой стороны, в зонах дивергенции (где в поверхностном слое уменьшается концентрация планктона) происходит подъем глубинных вод, богатых питательными веществами. В этих зонах скапливаются другие виды рыб, которые также имеют промысловое значение.
То есть, наблюдая из космоса над пространственным распределением барашков, специалисты будут находить зоны конвергенции/дивергенции течений в открытом океане, которые являются биологически активными зонами, имеющими важное рыбопромысловое значение. Положение этих зон в океане сильно изменчиво в пространстве и времени. Оперативный мониторинг таких зон из космоса позволит радикально увеличить эффективность рыбного промысла и значительно сократить непроизводительные потери судового времени (которые очень дороги) в океане на поиск рыбы, которые могут занимать дни и недели.