Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences Russian Journal of Earth Sciences 1681-1208 88627 10.2205/2024ES000951 rpkmqq ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ ORIGINAL ARTICLES ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Properties of Short-Period Internal Waves Near Svalbard from Sentinel-1 Satellite Data Характеристики короткопериодных внутренних волн в районе архипелага Шпицберген по спутниковым данным Sentinel-1 https://orcid.org/0000-0001-6378-8956 Козлов Игорь Евгеньевич Kozlov Igor E https://orcid.org/0000-0002-8696-9722 Михайличенко Тамара Витальевна Mihaylichenko Tamara Vital'evna goldpineapple2020@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-7246-9885 Петренко Лариса Алексеевна Petrenko Larisa Alekseevna larcpetr@gmail.com Морской Гидрофизический Институт РАН Sevastopol’ Россия Marine Hydrophysical Institute RAS Sevastopol’ Russian Federation 12 12 2024 12 12 2024 24 5 1 11 13 09 2024 13 11 2024 https://rjes.ru/en/nauka/article/88627/view

В настоящей работе представлены результаты анализа характеристик поля короткопериодных внутренних волн (КВВ) в проливе Фрама и в окрестности архипелага Шпицберген по данным спутниковых измерений Sentinel-1 A/B с июня по сентябрь 2018 г. В ходе обработки 1500 спутниковых радиолокационных изображений (РЛИ) выявлено 750 случаев регистрации поверхностных проявлений КВВ. Максимальное количество проявлений внутренних волн зарегистрировано в августе, когда и условия стратификации, и ледовые условия наиболее благоприятны для генерации и наблюдения КВВ в спутниковых данных. Фоновые метеорологические условия летом 2018 г. привели к отступлению границы дрейфующих льдов на север до 82,5∘ с. ш., что впервые позволило провести детальные наблюдения характеристик внутренних волн над плато Ермак по спутниковым данным. В результате наблюдений выявлены четыре основных района устойчивой генерации КВВ – глубоководная часть пролива Фрама (глубины более 2000 м), юго-западная часть плато Ермак с глубинами 500–1500 м и два района на бровке шельфа в верхней части континентального склона к северо-западу от архипелага Шпицберген с глубинами менее 500 м. Анализ пространственных характеристик КВВ показал, что в районе исследований доминируют пакеты КВВ со средней длиной фронта лидирующей волны около 15 км и средней шириной пакета около 5 км. Самые крупные пакеты КВВ площадью около 400 км2 образуются над плато Ермак, где скорости приливных течений максимальны.

Here we present the results of observations of short-period internal waves (SIWs) in Fram Strait and near Svalbard based on analysis of Sentinel-1 A/B synthetic aperture radar (SAR) data in June-September 2018. Analysis of 1500 spaceborne SAR images allowed to identify 750 surface signatures of SIWs. Maximal number of SIW identifications is observed in August, when both stratification and ice conditions are favorable for SIW generation and identification in satellite data. Background meteorological conditions in summer 2018 favored the northward movement of the ice boundary up to 82,5 ∘ N that allowed to observe SIWs over the Yermak Plateau. Four main regions of SIW observations were identified – deep Fram Strait region (depths over 2000 m), southwestern Yermak Plateau with depth range of 500–1500 m, and two shelf break/upper continental slope regions northwest from Svalbard with depths below 500 m. Analysis of spatial properties of SIWs has shown that the study region is dominated by SIW trains with a mean crest length of 15 km and mean packet length of about 5 km. The largest SIW trains with area of nearly 400 km2 were observed over the Yermak Plateau where tidal currents are maximal.

 короткопериодные внутренние волны приливные течения турбулентное перемешивание морской лед спутниковая радиолокация морской поверхности пролив Фрама архипелаг Шпицберген плато Ермак Северный Ледовитый океан Арктика short-period internal waves tidal currents turbulent mixing sea ice satellite radar images of the ocean surface Fram Strait Svalbard Yermak Plateau Arctic Ocean Исследование выполнено в рамках государственного задания ФГБУН ФИЦ МГИ по теме № FNNN-2024-0017. The study was carried out within the framework of the state assignment of the FSBSI FRC MHI on topic No. FNNN-2024-0017.

Зубкова Е. В., Козлов И. Е., Кудрявцев В. Н. Характеристики короткопериодных внутренних волн в Гренландском море по данным спутниковых радиолокационных наблюдений // Ученые записки РГГМУ. — 2016. — Т. 45. Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves // Nature. — 1985. — Vol. 314, no. 6008. — P. 245–247. — DOI: 10.1038/314245a0. Козлов И. Е., Кудрявцев В. Н., Сандвен С. Некоторые результаты исследования внутренних волн в Баренцевом море методами радиолокационного зондирования из космоса // Проблемы Арктики и Антарктики. — 2010. — Т. 3, № 86. — С. 60—69. Bukatov A. A. Free Short-Period Internal Waves in the Arctic Seas of Russia // Physical Oceanography. — 2021. — Vol. 28, no. 6. — DOI: 10.22449/1573-160X-2021-6-599-611. Козлов И. Е., Михайличенко Т. В. Оценка фазовой скорости внутренних волн в Арктике по данным последовательных спутниковых РСА-измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. — 2021. — Т. 18, № 5. — С. 181—192. — DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-181-192. Carr M., Sutherland P., Haase A., et al. Laboratory Experiments on Internal Solitary Waves in Ice-Covered Waters // Geophysical Research Letters. — 2019. — Vol. 46, no. 21. — P. 12230–12238. — DOI: 10.1029/2019GL084710. Коняев К. В., Сабинин К. Д. Волны внутри океана. — СПб : Гидрометеоиздат, 1992. D’Asaro E. A., Morison J. H. Internal waves and mixing in the Arctic Ocean // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. — 1992. — Vol. 39, no. 2. — S459–S484. — DOI: 10.1016/s0198-0149(06)80016-6. Морозов Е. Г., Писарев С. В. Внутренние волны и образование полыней в море Лаптевых // Доклады Академии Наук. — 2004. — Т. 398, № 2. — С. 255—258. Fer I., Koenig Z., Kozlov I. E., et al. Tidally Forced Lee Waves Drive Turbulent Mixing Along the Arctic Ocean Margins // Geophysical Research Letters. — 2020. — Vol. 47, no. 16. — DOI: 10.1029/2020GL088083. Обзор гидрометеорологических процессов в Северном Ледовитом океане. III-й квартал 2018 г. (Ежеквартальный информационный бюллетень) / под ред. И. Е. Фролова. — СПб : ААНИИ, 2018. Hattermann T., Isachsen P. E., Appen W.-J. von, et al. Eddy-driven recirculation of Atlantic Water in Fram Strait // Geophysical Research Letters. — 2016. — Vol. 43, no. 7. — P. 3406–3414. — DOI: 10.1002/2016GL068323. Alpers W. Theory of radar imaging of internal waves // Nature. — 1985. — Vol. 314, no. 6008. — P. 245–247. — DOI: 10.1038/314245a0. Johannessen J. A., Johannessen O. M., Svendsen E., et al. Mesoscale eddies in the Fram Strait marginal ice zone during the 1983 and 1984 Marginal Ice Zone Experiments // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1987. — Vol. 92, no. C7. — P. 6754–6772. — DOI: 10.1029/JC092iC07p06754. Bukatov A. A. Free Short-Period Internal Waves in the Arctic Seas of Russia // Physical Oceanography. — 2021. — Vol. 28, no. 6. — DOI: 10.22449/1573-160X-2021-6-599-611. Konyaev K. V., Sabinin K. D. Waves inside the ocean. — St. Petersburg : Gidrometeoizdat, 1992. Carr M., Sutherland P., Haase A., et al. Laboratory Experiments on Internal Solitary Waves in Ice-Covered Waters // Geophysical Research Letters. — 2019. — Vol. 46, no. 21. — P. 12230–12238. — DOI: 10.1029/2019GL084710. Kopyshov I., Kozlov I., Shiryborova A., et al. Properties of Short-Period Internal Waves in the Kara Gates Strait Revealed from Spaceborne SAR Data // Russian Journal of Earth Sciences. — 2023. — P. 1–11. — DOI: 10.2205/2023ES02SI10. D’Asaro E. A., Morison J. H. Internal waves and mixing in the Arctic Ocean // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. — 1992. — Vol. 39, no. 2. — S459–S484. — DOI: 10.1016/s0198-0149(06)80016-6. Kozlov I., Kudryavtsev V., Zubkova E., et al. SAR observations of internal waves in the Russian Arctic seas // 2015 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). — IEEE, 2015a. — P. 947–949. — DOI: 10.1109/IGARSS.2015.7325923. Fer I., Koenig Z., Kozlov I. E., et al. Tidally Forced Lee Waves Drive Turbulent Mixing Along the Arctic Ocean Margins // Geophysical Research Letters. — 2020. — Vol. 47, no. 16. — DOI: 10.1029/2020GL088083. Kozlov I. E., Atadzhanova O. A., Zimin A. V. Internal Solitary Waves in the White Sea: Hot-Spots, Structure, and Kinematics from Multi-Sensor Observations // Remote Sensing. — 2022. — Vol. 14, no. 19. — P. 4948. — DOI: 10.3390/rs14194948. Hattermann T., Isachsen P. E., Appen W.-J. von, et al. Eddy-driven recirculation of Atlantic Water in Fram Strait // Geophysical Research Letters. — 2016. — Vol. 43, no. 7. — P. 3406–3414. — DOI: 10.1002/2016GL068323. Kozlov I. E., Kopyshov I. O., Frey D. I., et al. Multi-Sensor Observations Reveal Large-Amplitude Nonlinear Internal Waves in the Kara Gates, Arctic Ocean // Remote Sensing. — 2023. — Vol. 15, no. 24. — P. 5769. — DOI: 10.3390/rs15245769. Johannessen J. A., Johannessen O. M., Svendsen E., et al. Mesoscale eddies in the Fram Strait marginal ice zone during the 1983 and 1984 Marginal Ice Zone Experiments // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1987. — Vol. 92, no. C7. — P. 6754–6772. — DOI: 10.1029/JC092iC07p06754. Kozlov I. E., Krek E. V., Kostianoy A. G., et al. Remote Sensing of Ice Conditions in the Southeastern Baltic Sea and in the Curonian Lagoon and Validation of SAR-Based Ice Thickness Products // Remote Sensing. — 2020. — Vol. 12, no. 22. — P. 3754. — DOI: 10.3390/rs12223754. Kopyshov I., Kozlov I., Shiryborova A., et al. Properties of Short-Period Internal Waves in the Kara Gates Strait Revealed from Spaceborne SAR Data // Russian Journal of Earth Sciences. — 2023. — P. 1–11. — DOI: 10.2205/2023ES02SI10. Kozlov I. E., Kudryavtsev V. N., Sandven S. Some results of internal waves study in the Barents Sea using satellite radar data // Problems of the Arctic and Antarctic. — 2010. — Vol. 3, no. 86. — P. 60–69. Kozlov I., Kudryavtsev V., Zubkova E., et al. SAR observations of internal waves in the Russian Arctic seas // 2015 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). — IEEE, 2015a. — P. 947–949. — DOI: 10.1109/IGARSS.2015.7325923. Kozlov I. E., Kudryavtsev V. N., Zubkova E. V., et al. Characteristics of short-period internal waves in the Kara Sea inferred from satellite SAR data // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. — 2015b. — Vol. 51, no. 9. — P. 1073–1087. — DOI: 10.1134/S0001433815090121. Kozlov I. E., Atadzhanova O. A., Zimin A. V. Internal Solitary Waves in the White Sea: Hot-Spots, Structure, and Kinematics from Multi-Sensor Observations // Remote Sensing. — 2022. — Vol. 14, no. 19. — P. 4948. — DOI: 10.3390/rs14194948. Kozlov I. E., Mikhaylichenko T. V. Estimation of internal wave phase speed in the Arctic Ocean from sequential spaceborne SAR observations // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. — 2021. — Vol. 18, no. 5. — P. 181–192. — DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-181-192. Kozlov I. E., Kopyshov I. O., Frey D. I., et al. Multi-Sensor Observations Reveal Large-Amplitude Nonlinear Internal Waves in the Kara Gates, Arctic Ocean // Remote Sensing. — 2023. — Vol. 15, no. 24. — P. 5769. — DOI: 10.3390/rs15245769. Kozlov I. E., Zubkova E. V., Kudryavtsev V. N. Internal Solitary Waves in the Laptev Sea: First Results of Spaceborne SAR Observations // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. — 2017. — Vol. 14, no. 11. — P. 2047–2051. — DOI: 10.1109/LGRS.2017.2749681. Kozlov I. E., Krek E. V., Kostianoy A. G., et al. Remote Sensing of Ice Conditions in the Southeastern Baltic Sea and in the Curonian Lagoon and Validation of SAR-Based Ice Thickness Products // Remote Sensing. — 2020. — Vol. 12, no. 22. — P. 3754. — DOI: 10.3390/rs12223754. Magalhaes J. M., Da Silva J. C. B. Internal Solitary Waves in the Andaman Sea: New Insights from SAR Imagery // Remote Sensing. — 2018. — Vol. 10, no. 6. — P. 861. — DOI: 10.3390/RS10060861. Kozlov I. E., Kudryavtsev V. N., Zubkova E. V., et al. Characteristics of short-period internal waves in the Kara Sea inferred from satellite SAR data // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. — 2015b. — Vol. 51, no. 9. — P. 1073–1087. — DOI: 10.1134/S0001433815090121. Marchenko A. V., Morozov E. G., Kozlov I. E., et al. High-amplitude internal waves southeast of Spitsbergen // Continental Shelf Research. — 2021. — Sept. — Vol. 227. — P. 104523. — DOI: 10.1016/j.csr.2021.104523. Kozlov I. E., Zubkova E. V., Kudryavtsev V. N. Internal Solitary Waves in the Laptev Sea: First Results of Spaceborne SAR Observations // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. — 2017. — Vol. 14, no. 11. — P. 2047–2051. — DOI: 10.1109/LGRS.2017.2749681. Morozov E. G., Marchenko A. V., Filchuk K. V., et al. Sea ice evolution and internal wave generation due to a tidal jet in a frozen sea // Applied Ocean Research. — 2019. — Vol. 87. — P. 179–191. — DOI: 10.1016/j.apor.2019.03.024. Magalhaes J. M., Da Silva J. C. B. Internal Solitary Waves in the Andaman Sea: New Insights from SAR Imagery // Remote Sensing. — 2018. — Vol. 10, no. 6. — P. 861. — DOI: 10.3390/RS10060861. Morozov E. G., Pisarev S. V. Internal waves and polynya formation in the Laptev Sea // Doklady Akademii Nauk. — 2004. — Vol. 398, no. 2. — P. 255–258. Marchenko A. V., Morozov E. G., Kozlov I. E., et al. High-amplitude internal waves southeast of Spitsbergen // Continental Shelf Research. — 2021. — Vol. 227. — P. 104523. — DOI: 10.1016/j.csr.2021.104523. Padman L., Dillon T. M. Turbulent mixing near the Yermak Plateau during the Coordinated Eastern Arctic Experiment // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1991. — Vol. 96, no. C3. — P. 4769–4782. — DOI: 10.1029/90JC02260. Morozov E. G., Marchenko A. V., Filchuk K. V., et al. Sea ice evolution and internal wave generation due to a tidal jet in a frozen sea // Applied Ocean Research. — 2019. — Vol. 87. — P. 179–191. — DOI: 10.1016/j.apor.2019.03.024. Petrenko L. A., Kozlov I. E. Variability of the Marginal Ice Zone and Eddy Generation in Fram Strait and near Svalbard in Summer Based on Satellite Radar Observations // Physical Oceanography. — 2023. — Vol. 30, no. 5. — P. 594–611. Padman L., Dillon T. M. Turbulent mixing near the Yermak Plateau during the Coordinated Eastern Arctic Experiment // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1991. — Vol. 96, no. C3. — P. 4769–4782. — DOI: 10.1029/90JC02260. Petrusevich V. Y., Dmitrenko I. A., Kozlov I. E., et al. Tidally-generated internal waves in Southeast Hudson Bay // Continental Shelf Research. — 2018. — Vol. 167. — P. 65–76. — DOI: 10.1016/j.csr.2018.08.002. Petrenko L. A., Kozlov I. E. Variability of the Marginal Ice Zone and Eddy Generation in Fram Strait and near Svalbard in Summer Based on Satellite Radar Observations // Physical Oceanography. — 2023. — Vol. 30, no. 5. — P. 594–611. Plueddemann A. J. Internal wave observations from the Arctic environmental drifting buoy // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1992. — Vol. 97, no. C8. — P. 12619–12638. — DOI: 10.1029/92JC01098. Petrusevich V. Y., Dmitrenko I. A., Kozlov I. E., et al. Tidally-generated internal waves in Southeast Hudson Bay // Continental Shelf Research. — 2018. — Vol. 167. — P. 65–76. — DOI: 10.1016/j.csr.2018.08.002. Review of hydrometeorological processes in the Arctic Ocean. III quarter of 2018 (Quarterly information bulletin) / ed. by I. E. Frolov. — St. Petersburg : AARI, 2018. Plueddemann A. J. Internal wave observations from the Arctic environmental drifting buoy // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1992. — Vol. 97, no. C8. — P. 12619–12638. — DOI: 10.1029/92JC01098. Rippeth T. P., Lincoln B. J., Lenn Y.-D., et al. Tide-mediated warming of Arctic halocline by Atlantic heat fluxes over rough topography // Nature Geoscience. — 2015. — Vol. 8, no. 3. — P. 191–194. — DOI: 10.1038/ngeo2350. Rippeth T. P., Lincoln B. J., Lenn Y.-D., et al. Tide-mediated warming of Arctic halocline by Atlantic heat fluxes over rough topography // Nature Geoscience. — 2015. — Vol. 8, no. 3. — P. 191–194. — DOI: 10.1038/ngeo2350. Rippeth T. P., Vlasenko V., Stashchuk N., et al. Tidal Conversion and Mixing Poleward of the Critical Latitude (an Arctic Case Study) // Geophysical Research Letters. — 2017. — Vol. 44, no. 24. — DOI: 10.1002/2017GL075310. Rippeth T. P., Vlasenko V., Stashchuk N., et al. Tidal Conversion and Mixing Poleward of the Critical Latitude (an Arctic Case Study) // Geophysical Research Letters. — 2017. — Vol. 44, no. 24. — DOI: 10.1002/2017GL075310. Sandven S., Johannessen O. M. High-frequency internal wave observations in the marginal ice zone // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1987. — Vol. 92, no. C7. — P. 6911–6920. — DOI: 10.1029/JC092iC07p06911. Sandven S., Johannessen O. M. High-frequency internal wave observations in the marginal ice zone // Journal of Geophysical Research: Oceans. — 1987. — Vol. 92, no. C7. — P. 6911–6920. — DOI: 10.1029/JC092iC07p06911. Vlasenko V., Stashchuk N., Hutter K., et al. Nonlinear internal waves forced by tides near the critical latitude // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. — 2003. — Vol. 50, no. 3. — P. 317–338. — DOI: 10.1016/S0967-0637(03)00018-9. Vlasenko V., Stashchuk N., Hutter K., et al. Nonlinear internal waves forced by tides near the critical latitude // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. — 2003. — Vol. 50, no. 3. — P. 317–338. — DOI: 10.1016/S0967-0637(03)00018-9. Zhang Y., Hong M., Zhang Y., et al. Characteristics of Internal Solitary Waves in the Timor Sea Observed by SAR Satellite // Remote Sensing. — 2023. — Vol. 15, no. 11. — P. 2878. — DOI: 10.3390/rs15112878. Zhang Y., Hong M., Zhang Y., et al. Characteristics of Internal Solitary Waves in the Timor Sea Observed by SAR Satellite // Remote Sensing. — 2023. — Vol. 15, no. 11. — P. 2878. — DOI: 10.3390/rs15112878. Zimin A. V., Kozlov I. E., Atadzhanova O. A., et al. Monitoring short-period internal waves in the White Sea // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. — 2016. — Vol. 52, no. 9. — P. 951–960. — DOI: 10.1134/S0001433816090309. Zimin A. V., Kozlov I. E., Atadzhanova O. A., et al. Monitoring short-period internal waves in the White Sea // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. — 2016. — Vol. 52, no. 9. — P. 951–960. — DOI: 10.1134/S0001433816090309. Zubkova E. V., Kozlov I. E., Kudryavtsev V. N. Characteristics of short-period internal waves in the Greenland Sea based on satellite radar observations // Scientific Notes of the Russian State Hydrometeorological University. — 2016. — Vol. 45.