Описание атласа
Ладожское озеро – крупнейший пресноводный водоём Европы, который играет ключевую роль в водоснабжении Санкт-Петербурга (рисунок). Его экосистема и качество воды находятся под возрастающим давлением антропогенных факторов и климатических изменений. Особую уязвимость демонстрируют прибрежные зоны, подверженные эвтрофикации. Для прогнозирования и обеспечения устойчивости этого жизненно важного ресурса необходимо глубинное понимание всех физических процессов в озере, особенно тех, что влияют на перемешивание и перенос веществ.
 |
| Рисунок. Географическая карта Ладожского озера: 1 — бух. Петрокрепость; 2 — р. Нева; 3 — р. Волхов; 4 — р. Сясь; 5 — Волховская губа; 6 — р. Свирь; 7 — Свирская губа; 8 — о. Коневец; 9 — р. Олонка; 10 — Западный арх.; 11 — арх. Валаам; 12 — о. Мантсинсаари |
Особую важность здесь приобретают субмезомасштабные вихри — динамические структуры размером от сотен метров до нескольких километров. Несмотря на свои скромные размеры, они оказывают огромное влияние на вертикальный и горизонтальный обмен, перенос тепла, питательных веществ и загрязняющих веществ. Основными местами генерации этих вихрей выступают фронтальные зоны, где взаимодействуют воды с разными характеристиками. В Ладожском озере наиболее выражен термобар (термический фронт) — область с резкими горизонтальными градиентами температуры, отделяющая прибрежные воды с прямой термической стратификацией от районов центральной части озера с квазиизотермической или обратной стратификацией. Этот фронт возникает ежегодно весной и сохраняется до середины лета, во время прогревания толщи воды до температуры максимальной плотности около +4 °C. Он функционирует как плотная прозрачная перегородка, разделяющая озеро на две области: теплоактивную и теплоинертную. Однако из-за высокой пространственно-временной изменчивости этих явлений и значительной сложности их инструментальных измерений систематическое изучение процессов их формирования и развития в озёрах долгое время оставалось недостаточно развитым и сведения о них носили отрывочный или крайне обобщенный характер.
Решением этой проблемы стало использование спутниковых данных высокого пространственного разрешения. Для регистрации поверхностных проявлений субмезомасштабных вихревых структур использовались 3552 изображения с радиолокаторов с синтезированной апертурой Sentinel-1 A/B. Для детектирования положения термобара были привлечены 1133 поля поверхностной температуры полученных по данным спутников MODIS Aqua, MODIS Terra, Suomi NPP VIIRS. Это позволило создать подробный многолетний архив наблюдений за субмезомасштабными вихрями и термобаром Ладожского озера за период с 2016 по 2022 год. На основе этого архива был разработан специализированный электронный атлас, который содержит два основных раздела:
- Характеристики субмезомасштабных вихрей.
В данном разделе приведено описание архива исходных данных, методика анализа радиолокационных изображений для идентификации субмезомасштабных структур, информация о пространственном распределении, типах вращения, частоте встречаемости и размерах вихрей. Данные представлены в виде карт и таблиц с кратким описанием как в целом за весь период, так и с детализацией по годам и месяцам, что позволяет анализировать сезонную и межгодовую изменчивость.
- Характеристики весеннего термобара.
В этом разделе дано описание архива исходных данных, отображены положения термобара — ключевого фронтального раздела озера за апрель–июнь. Карты построены для каждого дня, когда он детектировался, а также представлены осреднённые данные по месяцам, что показывает особенности его эволюции во времени.
Атлас представляет собой инструмент для изучения особенностей субмезомаштабной динамики озера. Он позволяет выявлять основные закономерности формирования и эволюции субмезомасштабных структур [1, 2], а также оценивать их сезонные и межгодовые вариации [3] как на всей акватории озера, так и в локальных районах, представляющих повышенный интерес для пользователей. Кроме того, он может быть использован для анализа взаимосвязей между гидродинамическими процессами и экосистемными характеристиками отдельных участков водоёма.
Данные атласа также предназначены для верификации и совершенствования высокоразрешающих гидродинамических моделей Ладожского озера, которые учитывают субмезомасштабную вихревую динамику с целью проведения точных прогностических оценок изменений в экосистеме.
В перспективе интеграция результатов моделирования с информацией из атласа может стать научной основой для разработки обоснованных стратегий управления водными ресурсами, направленных на поддержку биологического разнообразия, устойчивости экосистемы и, прежде всего, обеспечения высокого качества питьевой воды для миллионов жителей города Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
Атлас подготовлен в Санкт-Петербургском филиале Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН Атаджановой О.А., Коником А.А., Зиминым А.В.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 23-17-20010) и за счет гранта Санкт-Петербургского научного фонда (проект № 23-17-20010).
Литература:
- Zimin, A.V., Blagodatskikh, E.A., Atadzhanova, O.A. Small Eddies Observed in Ladoga and Onega Lakes Using SAR Data // Complex Investigation of the World Ocean (CIWO-2023). Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. Springer: Cham, 2023. P. 191–197.
- Зимин А.В., Атаджанова О.А., Благодатских Е.А., Коник А.А., Филатов Н.Н., Родионов А.А. Субмезомасштабные вихревые структуры Ладожского озера по радиолокационным данным Sentinel-1 за теплый период 2019-2022 гг. // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2024. Т. 514, № 2. С. 350-355. DOI 10.31857/S2686739724020201
- Зимин А.В., Атаджанова О.А., Коник А.А., Исаев А.В. Субмезомасштабные вихри в Ладожском озере по данным радиолокационных изображений Sentinel-1 с января по декабрь 2016–2022 гг. // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. – 2024. – Т. 17, № 4. – С. 43-54. DOI 10.59887/2073-6673.2024.17(4)-3