Цивилизация
Ученые из Российского государственного гидрометеорологического университета и Морского гидрофизического института РАН разработали метод восстановления пространственно-временных характеристик поверхностных волн в океане и скоростей поверхностных течений по спутниковым изображениям. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, а ее результаты были опубликованы в Journal of Geophysical Research.
Солнечные лучи, зеркально отражаясь от морской поверхности, могут попадать в глаз наблюдателя или объектив фотокамеры, формируя хорошо известное всем изображение солнечного блика на морской поверхности. Ширина солнечного блика на поверхности моря определяется «шероховатостью» морской поверхности — короткими ветровыми волнами с длинами от миллиметра до метра, интенсивность которых увеличивается с увеличением скорости ветра. С другой стороны, яркость солнечного блика в данной точке определяется «геометрией» наблюдений — углами между нормалью к поверхности моря и направлениями на солнце и в объектив камеры. В тех случаях, когда объектив камеры при фотографировании моря обладает достаточным пространственным разрешением — порядка одного метра, поверхностные волны с длинами, превышающими пространственное разрешение камеры, становятся также видимыми в солнечном блике. Они возникают в виде периодических вариаций его яркости и связаны с изменениями наклонов поверхности, от которых зависят локальные условия зеркальных отражений солнечных лучей в объектив камеры.
Основной целью проекта ученых является развитие новых подходов и методов для изучения океана на основе спутниковых мульти-поляризационных радиолокационных и оптических измерений, которые поступают с действующих и планируемых к запуску спутниковых платформ. В последних двух статьях ученые предлагают метод восстановления высот океанических поверхностных волн по измерениям яркости солнечного блика из космоса и описывают применение этого метода для исследования высот волн на юге Африки — течения мыса Игольного.
Метод был разработан по данным оптического сканера с Европейского спутника Sentinel-2. Далее он был применен для анализа распределения высот волн по большой акватории океана. Для интерпретации измерений ученые использовали математическое моделирование.
«Применение метода к анализу данных, поступающих с Европейского спутника Sentinel-2, продемонстрировало его высокую эффективность. В частности, в районе течения мыса Игольного обнаружен эффект захвата волн течением, приводящий к появлению аномально высоких океанических волн, являющихся возможной причиной частых кораблекрушений в этом районе. Эффект захвата волн течением — это явление, при котором траектории волн искривляются и концентрируются в окрестности максимума скорости течения, приводя к сильному увеличению энергии волн. Так как зыбь в этом районе имеет большие длины волн, около 200-300 метров, значительное увеличение высоты зыби может приводить к катастрофическим последствиям, например переламыванию танкера, если его нос и корма попадают на два последовательных гребня высокой зыби», — рассказал Владимир Кудрявцев, автор статьи, доктор физико-математических наук, сотрудник Морского гидрофизического института РАН.
Кроме этого, используя временную задержку между съемками поверхности в разных спектральных диапазонах, авторы предложили метод определения скорости перемещения волн и скорости поверхностных океанических течений по мультиспектральным измерениям с борта Sentinel-2. Сопоставление восстановленных характеристик волн с подспутниковыми измерениями с буев NOAA показало высокую точность спутниковых измерений.
«Разработанный новый метод измерения высот волн из космоса может быть использован в различных научных и прикладных исследованиях. Обнаруженный эффект захвата волн на океанических течениях, приводящий к появлению высоких волн, может быть использован для обеспечения безопасности судоходства на океанических акваториях», — заключил ученый.
Работа проходила в сотрудничестве с учеными из IFREMER и OceanDataLab (Франция) и Европейского космического агентства.
