Внутригодовая изменчивость характеристик внутреннего волнения вблизи Тихоокеанского побережья полуострова Камчатка и Курильских островов по данным спутниковой радиолокации

Исследована внутригодовая пространственно – временная изменчивость характеристик поверхностных проявлений короткопериодных внутренних волн вблизи Тихоокеанского побережья полуострова Камчатка и Курильских островов, которые получены в результате анализа спутниковых изображений радиолокатора Sentinel – 1 с декабря 2018 года по ноябрь 2019 года. Было обработано 827 радиолокационных изображений и выявлено 1875 пакетов короткопериодных внутренних волн. Максимальное число пакетов зафиксировано в летний период – 924, а минимальное в зимний период – 47. Получены детальные характеристики внутренних волн на всей исследуемой акватории, такие как положение их проявления, количество гребней в пакете, длина волны, длина лидирующего гребня и направление распространения. Показаны отличия характеристик по сезонам и наглядное изменение встречаемости в течении всего года. Продемонстрировано широкое распространение короткопериодных внутренних волн по всей акватории. Карты с частотой встречаемости внутренних волн позволили выделить очаги генерации, расположенные у островов Кунашир и Зеленый, в районе острова Онекотан, у бухты Вестник и мыса Шипунский и в районе Кроноцкого полуострова и Камчатского полуострова. Показана связь короткопериодных внутренних волн с приливами и с глубиной перемешанного слоя. Выявлено, что внутренне волнение может генерироваться как приливной динамикой, так и меандрами течений.

Список используемых сокращений………………………………………………….…………….3
Введение……………………………………………………………………………..………………4
Глава 1. Особенности района исследования……………………………………………………….7
1.1 Физико-географические особенности…………………………………………………..……..7
1.2 Метеорологические характеристики…………………………………………………………..9
1.3 Гидрологические характеристики……………………………………………………….……12
1.4 Внутренние волны…………………………………………………………….……….………19
Глава 2. Материалы и методы……………………………………………………………………..21
2.1 Спутниковые методы наблюдения за внутренними волнами……………………………….21
2.2 Описание исходных данных и методов их обработки………………………………………26
Глава 3. Анализ полученных результатов…………………………………………..……………31
3.1 Пространственно – временная изменчивость проявлений КВВ в летний период………….31
3.2 Пространственно – временная изменчивость проявлений КВВ в осенний период………..37
3.3 Пространственно – временная изменчивость проявлений КВВ в весенний период……….43
3.4 Пространственно – временная изменчивость проявлений КВВ в зимний период…………49
3.5 Особенности проявлений КВВ на рассматриваемой акватории в целом за год………..…55
3.6 Обсуждение возможных механизмов генерации КВВ…………………………………..….61
Заключение………………………………………………………………………………………….66
Список литературы…………………………………………………………………………………68
Список используемых сокращений
ВВ – внутренние волны
КВВ – короткопериодные внутренние волны
ВГВ – внутренние гравитационные волны
РЛИ – радиолокационные изображения
ИСЗ – искусственный спутник Земли
РЛС – радиолокационная станция
РСА – радиолокатор с синтезированной апертурой
РЛ – радиолокационный
ИК – инфракрасный
ВКС – верхний квазиоднородный слой
ГПС – глубина перемешанного слоя
СПбГУ – Санкт-Петербургский Государственный университет
СПбФ ИО РАН – Санкт-Петербургский филиал Института океанологии им. П.П.
Ширшова Российской академии наук;

В ходе работы была исследована внутригодовая пространственно – временная
изменчивость характеристик поверхностных проявлений короткопериодных внутренних волн
вблизи Тихоокеанского побережья полуострова Камчатка и Курильских островов. Значения
таких характеристик как количество гребней в пакете, длина волны, длина лидирующего
гребня и направление распространения были получены по результатам обработки
спутниковых изображений радиолокатора Sentinel – 1 начиная с декабря 2018 года по ноябрь
2019 года.
В результате было обработано 827 радиолокационных изображений и выявлено 1875
проявлений короткопериодных внутренних волн. Из них максимальное число
зарегистрированных КВВ было выявлено в летний период – 924, а минимальное количество
зафиксировано в зимний период и составило 47 КВВ.
Были построены карты пространственного положения лидирующих гребней КВВ и тем
самым показано широкое распространение КВВ на акватории Курило – Камчатского региона.
Основные очаги генерации КВВ, расположены у островов Кунашир и Зеленый, в районе
острова Онекотан, у бухты Вестник и мыса Шипунский и в районе Кроноцкого полуострова и
Камчатского полуострова.
Получены детальные характеристики внутреннего волнения на всей исследуемой
акватории. Пакеты короткопериодных внутренних волн за весь период в среднем содержали 5
волн, длина волны составляла около 501 метра, а длина лидирующего гребня – 17 км. Летом
преимущественно выделялись 5 – ти волновые пакеты с длиной волны в среднем 441 метр, а
длиной лидирующего гребня – 15 км. Осенью выявлены КВВ, содержащие около 5 волн, с
длиной волны равной 477 метров и длиной лидирующего гребня в 17 км. Весной пакеты имели
в себе 5 волн, длину волны 509 метров, а длину лидирующего гребня 17 км. Зимой на снимках
были обнаружены проявления, которые состояли из 6 волн и имели длину волны равную 575
метров, а длину лидирующего гребня 20 км.
Также была оценена изменчивость характеристик в отдельных районах, таких как
Южные Курилы, Северные Курилы и область вблизи полуострова Камчатка. На юге Курил
волновые пакеты содержали около 5 волн, длины волн составляли среднее значение 512
метров, а длина лидирующего гребня – 17 км. На севере Курил были выявлены КВВ, которые
состояли из 5 волн. Средняя длина волны в этом районе была 592 метра. Средняя величина
длины лидирующего гребня составляла 22 км. В районе полуострова Камчатка
обнаруживались пакеты, содержащие в среднем 5 волн, с длиной волны около 444 метра, а
длина лидирующего гребня в среднем – 16 км. Были рассмотрены направления
распространения зарегистрированных за все время наблюдений пакетов поверхностных
проявлений КВВ в этих трех областях. Направление можно оценить как непостоянное в
течении всего периода. Для Южных Курил и полуострова Камчатка характерен большой
разброс направлений, а для Северных Курил характерны более узкие диапазоны
направленности от 100° до 140° для юго – востока и от 300° до 0° для северо-запада.
Была продемонстрирована связь короткопериодных внутренних волн приливом, а
также с глубиной перемешанного слоя. Выявлено, что КВВ могут генерироваться как
приливной динамикой, так и относительно крупными меандрами течений.
Продолжение данной работы связано с подробным изучением механизмов генерации
КВВ в локальных районах рассматриваемой акватории.

1. Басович А. Я., Баханов В. В., Таланов В. И. (1982) Влияние интенсивных внутренних волн
на ветровое волнение (кинематическая модель) // Воздействие крупномасштабных
внутренних волн на морскую поверхность / Ред. Е. Н. Пелиновский. Горький: ИПФ, 1982.
С. 8–30.
2. Баханов В. В., Таланов В. И. (1999) Трансформация нелинейных поверхностных волн в
поле неоднородных течений // Приповерхностный слой океана. Физические процессы и
дистанционное зондирование: Сб. тр. / Ред. В. И. Таланов, Е. Н. Пелиновский. Н. Новгород:
ИПФ РАН, 1999. Т. 1. С. 81–106.
3. Бобков А.А. О внутрисезонной изменчивости течения Соя в районе южных Курильских
островов // Вестн. ЛГУ. Сер. 7. 1990. Вып. 2.
4. Бобков А.А. Течение Соя и его ветви // Изв. Всесоюз. гсограф. о-ва. 1989.Т. 121. № 6. С.
531-535.
5. Бобков А.А., Печуткин Е.М, Топоров С.С. Анализ водных масс у Охотоморского
побережья южных Курильских островов // Вестн. ЛГУ. Сер. 7. 1991. № 1. С. 121-127.
6. Бобков Л.4., Самко Е.В. Особенности гидрологической структуры вод в зоне воздействия
течения Соя // Вестн. ЛГУ. Сер. 7. 1989. Вып. 1. № 7. С. 107-102.
7. Богданов К.Т., Мороз В.В. Структура, динамика и гидролого-акустические характеристики
вод проливов Курильской гряды. Владивосток: Дальнаука, 2000. 152 с.
8. Богданов К.Т. Приливы Мирового океана. М.: Наука, 1975, 116 с.
9. Богданов К.Т. Причины образования туманов в районе Курильских и Алеутских островов
// Морской сборник. 1972. № 3.
10. Богданов К.Т., Горбачев В.В., Мороз В.В. Атлас приливов Берингова, Охотского и
Японского морей. Дальаэрогеодезия, 1991.
11. Богданов К.Т., Мороз В.В. Воды Курило – Камчатского течения и течения Ойясио.
Владивосток: Дальнаука, 2004. 140 с
12. Богданов К.Т., Мороз В.В. Гидрологические условия зоны Курильских проливов в летний
сезон // Океанология. 1998. Т. 38. № 6. С. 813-821.
13. Бурков В.А. К гидрологии Командоро – Камчатского района Тихого океана в весеннее
время // Тр. ИОРАН. 1958.Т. XXXVII. С. 12 – 21
14. Геолого-геофизический атлас Курильской островной системы. – Л.: ВСЕГЕИ.1987. -36 с.
15. Гидрология Тихого океана / Под.ред. А.Д. Добровольского. М.: Наука, 1968. 254 с.
16. Гладышев С. В. Термохалинные фронты в районе Курильских островов // Океанология.
1994. Т.34, № 4. С. 504-512.
17. Глубина перемешанного слоя: [Электронный ресурс] // resources.marine.copernicus.eu
URL: https://resources.marine.copernicus.eu/?option=com_csw&view=details&product_id=GL
OBAL_ANALYSIS_FORECAST_PHY_001_024 (дата обращения 26.04.2021)
18. Гнибиденко Г. С., Быкова Т. Г., Веселов О. В. и др. Тектоника Курило – Камчатского
глубоководного желоба / ; Отв. ред. П. М. Сычев. – М.: Наука, 1980.
19. Горшков К. А., Долина И. С., Соустова И. А. Троицкая Ю. И. (2003) Модуляция коротких
ветровых волн в присутствии интенсивных внутренних волн. Эффект модуляции
инкремента // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2003. Т. 39. № 5. С. 661–672.
20. Давыдов И.В. Некоторые черты атмосферной циркуляции над северо-западной частью
Тихого океана в связи с режимом вод на Камчатском шельфе // Изв. ТИНРО. 1975. Т. 97.
С. 157-171.
21. Дубина В.А., Митник Л.М. Внутренние волны в Японском море: пространственно-
временное распределение и характеристики по данным спутникового дистанционного
зондирования // Исследование Земли из космоса. 2007. № 3. С. 37-46
22. Е. П. Леликов, Т. А. Емельянова Геология и вулканизм подводного хребта Витязя на
Тихоокеанском склоне Курильской островной дуги //Океанология, 2011, том 51, № 2, с. 329-
23. Епифанова А. С., Рыбин А. В., Моисеенко Т. Е., Куркина О. Е., Куркин А. А., Тюгин Д. Ю.
База данных наблюдений внутренних волн в Мировом океане // МОРCКОЙ
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ.2019. Т 35 № 4
24. Ермаков С. А., Пелиновский Е. Н., Талипова Т. Г. (1980) О влиянии пленок поверхностно-
активных веществ на изменения спектра ветрового волнения под действием внутренних
волн // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1980. Т. 16. № 11. С. 1068–1076.
25. Жабин И.А., Андреев А.Г. Взаимодействие мезомасштабных и субмезомасштабных
вихрей в охотском море по данным спутниковых наблюдений // Исследование Земли из
космоса. 2014. № 4. С. 75-78.
26. Жуков Л.А. Основы гидрологического режима Курильского района Тихого океана // Тр.
Курило – Сахалинской морской комплексной экспедиции ЗИН ТИНРО, 1947-1949 гг. М.,
1954. С. 304-309.
27. Иващенко Э.А., Горячева Т.А., Кутько В.П., Стасенко В.Н. К выделению сроков
наступления гидрологических сезонов в северной части Тихого океана // Тр. ВНИДМИ-
МЦД. 1981. Вып. 90. С. 71-75
28. Корт В.Г. О крупномасштабном взаимодействии океана и атмосферы (на примере северной
части Тихого океана) // Океанология. 1970. Вып. 2. С. 222-240.
29. Крындин А.Н. Сезонные и межгодовые изменения ледовитости и положение кромки льда
на дальневосточных морях в связи с особенностями атмосферной циркуляции // Тр. ГОИН.
1964. Вып. 71. С. 5-82.
30. Лаврова О. Ю. Проявление внутренних волн на спутниковых изображениях северо-
восточной части Черного моря в июле 2017 г.// Современные проблемы дистанционного
зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. №1. С. 309–315
31. Лаврова О.Ю. и др. Исследование особенностей генерации и распространения внутренних
волн в бесприливных морях по данным спутниковой радиолокации // Доклады Академии
наук. 2011. Т. 436, № 3. С.407-411.
32. Лаврова О.Ю., Костяной А.Г., Лебедев С.А., Митягина М.И., Гинзбург А.И., Шеремет Н.А.
Комплексный спутниковый мониторинг морей России. М.: ИКИ РАН, 2011. 472 С.
33. Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Костяной А.Г. Спутниковые методы выявления и
мониторинга зон экологического риска морских акваторий М.: ИКИ РАН, 2016. 336 С.
34. Михайлов О.В. Некоторые новые данные о рельефе дна Курило – Камчатского желоба //
Труды ИО АН СССР. -1970.-Т.86.-С.72-76.
35. Мороз В.В. Изменчивость гидрологических условий района Курильских островов в теплое
полугодие в связи с особенностями атмосферной циркуляции //Метеорология и
гидрология. 1999. № 12. С. 88-93.
36. Мороз В.В., Новожилов В.Н. О температурных экстремумах промежуточных слоев в
северо-западной части Тихого океана // Сб. Океанологические исследования в Тихом
океане, Владивосток, 1985.
37. Морошкин К.В. Водные массы северо-западной части Тихого океана в районе Курило –
Камчатской впадины // Тр. ИОАН. 1955. Т. ХII.
38. Охотскоеморе.Гидрометеорологияигидрохимияморей.Т.IХ.Вып.1.
Гидрометеорологические условия. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 1998. 342 с.
39. Побережье Камчатки: два района [Электронный ресурс] // kamchatkaland.ru. URL:
https://kamchatkaland.ru/note/poberezhe-kamchatki (дата обращения 23.03.3021)
40. Родионов А.А. и др. Развитие системы мониторинга и прогноза гидрофизических полей
морской среды в интересах обеспечения скрытности и защиты кораблей ВМФ //
Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т.5, №2. С.89-108.
41. Романенков Д. А. и др. Изменчивость фронтальных разделов и особенности
мезомасштабной динамики вод Белого моря // Фундаментальная и прикладная
гидрофизика. 2016. Т.9, № 1. С. 59-72.
42. Сабинин К.Д. Горячие точки в поле внутренних волн в океане / Сабинин К.Д. Серебряный
А.Н. // Акустический журнал. 2007. Т53, №3, С.410-436.
43. Самко Е.В., Фукс В.Р. Фронтальные зоны в истоках течения Ойясио // Физичсская
океанология и проблемы биологической продуктивности. Л., 1992. С. 22-41.
44. Сваричевский А.С., Ломтев В.Л., Патрикеев В.Н. Новые данные по геоморфологии южной
части Курильского глубоководного желоба // Структура осадочных отложений Курило –
Камчатского желоба. -Южно-Сахалинск: ДВНЦ АН СССР, 1979. – С.37-50.
45. Свергун Е. И., Зимин А. В. Характеристики короткопериодных внутренних волн
Авачинскогозаливаподаннымэкспедиционныхиспутниковыхнаблюдений,
выполненных в августе – сентябре 2018 года // Морской гидрофизический журнал. 2020.
Т. 36, № 3. С.300–312.
46. Сметанин Д.А. Гидрохимия района Курило -Камчатской глубоководной впадины // Тр.
ИОАН. 1959. № 33. С. 43-86.
47. Советский Энциклопедический Словарь. Изд-е 4-е, М 1987
48. Тюгин Д.Ю. и др. Динамические эффекты в придонном слое, индуцированные
аномальными внутренними волнами // Экологические системы и приборы. 2014. № 1. С.
20-28.
49. Тюгин Д.Ю. и др. Обновлённый программный комплекс для моделирования внутренних
волн в Мировом океане с поддержкой облачных вычислений // Фундаментальная и
прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 1. С. 24-34.
50. Alpers W. (1985) Theory of radar imaging of internal waves // Nature. 1985. N. 314. P. 245–247
51. Baines, P.G., 1982. On internal tide generation models. Deep-Sea Research 29, 307–338.
52. Cavailery D.J., Parcinson C.L. On the relationship between atmospheric circulation and the
fluctuations in the sea ice extents of the Bering and Okhotsk Seas iJ.Geophys.Res. 1987. V. 92.
P. 7141-7162.
53. Fraser N. Surfing an oil rig. EnergyRev. 1999, N4.
54. Gawarkiewicz G., Chapman D. The role of stratification in the formation and maintenance of
shelf-break fronts // J. Phys. Oceanogr. Vol. 22, N 7. 1992. P. 753-772.
55. GEBCO: [Электронный ресурс] // URL: https://www.gebco.net (дата обращения 10.05.2021)
56. Gerkema, T., Lam, F.-P.A., Maas, L.R.M., 2004. Internal tides in the Bay of Biscay: conversion
rates and seasonal effects. Deep-SeaResearch II 51, 2995–3008
57. GLOBAL OCEAN PHYSICSREANALYSIS : [Электронный ресурс] // marine.copernicus.eu
URL: https://resources.marine.copernicus.eu/?option=com_csw&view=details&product_id=GL
OBAL_REANALYSIS_PHY_001_030 (дата обращения 10.05.2021)
58. J. C. Azevedo, A. L. Da-silva, and. New, On the generation and propagation of internal solitary
waves in the southern Bay of Biscay, Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers,
vol.53, issue.6, pp.927-941, 2006.
59. Jackson C. R., Apel J., An Atlas of Internal Solitary-like Waves and their Properties, Second
Edition, 2004.
60. Jackson C. R., Apel J., An Atlas of Internal Solitary-like Waves and their Properties, Second
Edition, 2004.
61. Nakamura T., Awaji T. Tidally induced diapycnal mixing in the Kuril Straits and its role in water
transformation and transport: A three-dimensional nonhydrostatic model experiment. J. Geophys.
Res. 2004. V. 109.
62. Pao, H. P. and Q. He, 2002: Generation and Transformation of Intense Internal Waves on Shelves,
Abstracts for COAA Scientific Workshop at the University of Maryland, Collage Park, July 13,
2002
63. Pichon, A., Y. Morel, R. Baraille, and L. S. Quaresma (2013), Internal tide interactions in the
Bay of Biscay: Observations and modeling, J. Mar. Sys., 109– 110, S26-S44
64. Sentinel – 1: [Электронный ресурс] // www.turbosquid.com. URL:https://www.turbosquid.com
/3d-models/3d-sentinel-1-earth-observation/759136 (дата обращения 24.03.2021)
65. Shiniji Fukutaro. Relationship between oceanographic conditions and atmospheric circulation
patterns in the north-western North Pacific // Biol. Oceanogr. North.Pacif. Ocean.Tokyo, 1972.
P. 63-71.
66. Talley L.D. At Okhotsk sea water anomaly: implications for ventilation in the North Pacific //
Deep-Sea Res. A., 1991. 38. Suppl. n. 2. P. 171-190.
67. Tide Model Driver (TMD): version 2.5: [Электронный ресурс] // www.mathworks.com URL:
https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/75599-tide-model-driver-tmd-version-
2-5-toolbox-for-
matlab#:~:text=TMD%202.5%20includes%20two%20components,for%20predictions%20of%2
0specific%20variables (дата обращения 10.05.2021)
68. Uda M. Cyclic. correlated occurrence of worldwide anomalous oceanographic phenomena and
fisheries conditions // J. Oceanograph. Soc. Japan.20″ Anniversary vol. 1962. P. 368-376.