Система морской лед - океан - атмосфера в Арктике по данным спутниковых наблюдений и моделирования

Предложена модель атмосферного погранслоя над волнами, учитывающая неустойчивость Кельвина – Гельмгольца, которая пульверизирует гребни коротких регулярных (необрушающихся) волн и мелкомасштабную шероховатость на гребнях обрушающихся волн. Предложен метод оценки коэффициента сопротивления морской поверхности на основе спутниковых альтиметрических измерений аномалий уровня океана в следе урагана. Эти оценки далее параметризованы в виде функции скорости ветра. Предложенная ранее модель обратного рассеяния обобщена на случай кросс-поляризационных наблюдений и применена для анализа 4-поляризационных РСА-изображений. На основании анализа 1696 RADARSAT-2 изображений построена полуэмпирическая модель рассеяния, описывающая ко- и кросс-поляризационное рассеяние. Исследованы проявления донной топографии в Арктике на РСА-изображениях на основе данных Sentinel-1А, 1В и моделирования. Предложен метод восстановления глубины по РСА-измерениям, тестированный на данных измерений. Исследованы проявления течений в 4-поляризационных РСА-изображениях, доказана определяющая роль модуляции обрушений в формировании проявлений на ко- и кросс-поляризациях. Получены новые геофизические модельные функции зависимости излучения океана от скорости приводного ветра для частот Ku, K, Kа и W-диапазона для угла 55° на основе измерений AMSR2 над свободной ото льда поверхностью океана в условиях Арктики. Проведен анализ микроволнового излучения разных типов морского льда в Арктике на частотах микроволнового радиометра AMSR2, определены значения изменчивости коэффициентов излучения для однолетнего и многолетнего морского льда. Создана база данных коэффициентов излучения морского льда для разных сезонов и районов Арктики. Разработан метод оценки возраста морского льда по данным скаттерометра ASCAT на основе анализа полей УЭПР морского льда повышенного пространственного разрешения. Создан новый метод определения сплоченности морского льда по данным измерений спутниковых радиометров на частотах W-диапазона. Проанализированы поля измерений AMSR2 разного масштаба усреднения и сопутствующие поля измерений радиометра SMOS, обоснована возможность использования измерений AMSR2 на частоте 6,9 ГГц для диагностики существенных градиентов солености в теплых водах. Алгоритм восстановления влагозапаса атмосферы над морским льдом валидирован с помощью данных радиозондирования прибрежных станций и данных реанализа Era-Interim. Разработан алгоритм, позволяющий учитывать влияние сезонных и межгодовых изменений свойств поверхности на точность восстановления толщины льда. Проведен пространственно-временной анализ идентифицированных в морском льду разломов и распространения однолетнего и многолетнего типов льда. Построены среднемесячные распределения разломов в морском льду в зимний период в Арктике по данным измерений радиоальтиметров со спутников Envisat и Cryosat-2. Выявлена существенная зависимость количества разломов от интенсивности летнего таяния, а также уменьшение их числа в течение зимнего периода. Разработана улучшенная методика построения карт ледяного покрова арктических морей с разрешением 10 км на основе использования нейронной сети и РСА-данных. Проведен анализ спутниковых 20-суточных микроволновых и альтиметрических измерений аномалий температуры поверхности океана (ТПО) и ее уровня в трех тропических циклонах (ТЦ) на различных стадиях их эволюции. Разработана упрощенная аналитическая модель отклика океана на ТЦ для произвольного поля ветра в ТЦ и стратификации океана. Сравнение со спутниковыми наблюдениями показало, что модель способна на количественном уровне воспроизводить наблюдения в широком диапазоне параметров ТЦ и стратификации. Разработана более совершенная физическая параметрическая модель генерации поверхностных волн ПЦ/ТЦ. Проведены оценки высот и длин волн, генерируемых полярными циклонами (ПЦ) в Арктике. Предварительные результаты численных экспериментов динамики ТЦ с использованием атмосферной модели WRF и подключенной модели океана показали, что обратное влияние аномалий ТПО в следе циклона оказывает существенное влияние на интенсивность ТЦ. Создана база ПЦ в Арктике за 2017 - 2018 гг., содержащая данные об их размере, интенсивности и эволюции развития. Создано программно-математическое обеспечение для имплементации усовершенствованных методов в геоинформационный Арктический портал ЛСО РГГМУ.