Earth Research from SpaceEarth Research from SpaceИсследование Земли из космоса0205-96143034-5405The Russian Academy of Sciences1759310.31857/S0205-96142019536-49ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О ЗЕМЛЕResearch ArticleThe use of mini-drifters in coastal current measurements conducted concurrently with satellite imaging.Использование мини-дрифтеров для проведения подспутниковых измерений параметров прибрежных теченийLavrovaO. Yu.ЛавроваО. Ю.
Russian Federation
olavrova@iki.rssi.ruSolovievD. M.СоловьевД. М.
Russian Federation
olavrova@iki.rssi.ruStrochkovA. Ya.СтрочковА. Я.
Russian Federation
olavrova@iki.rssi.ruNazirovaK. R.НазироваК. Р.
Russian Federation
olavrova@iki.rssi.ruKrayushkinE. V.КраюшкинЕ. В.
Russian Federation
olavrova@iki.rssi.ruZhukE. V.ЖукЕ. В.
Russian Federation
olavrova@iki.rssi.ruSpace Research Institute RASИнститут космических исследований РАНMarine Hydrophysical Institute RASМорской гидрофизический институт РАН051120195364904112019Copyright ©; 2019, Russian academy of sciencesCopyright ©; 2019, Российская академия наук2019Russian academy of sciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0205-9614/article/view/17593

The results of field measurements of coastal currents using Lagrangian mini-drifters are presented. Drifter experiments were conducted concurrently with satellite imaging using Sentinel-2 MSI, Landsat-8 OLI and Sentinel-3 OLCI sensors. It is shown that the use of an inexpensive and simple to manufacture device, which is a mini-drifter, allows obtaining operational information about the parameters of coastal currents. In the experiments of April-May, 2019, in the northeastern part of the Black Sea, it was possible to estimate the velocity of coastal currents and determine the minimum distance that Black Sea Rim Current approached the coast. The trajectories of mini-drifters revealed the manifestations of inertial oscillations whose spatial characteristics are almost impossible to measure in any other way. The influence of the vortex structures detected in visible satellite images on the distribution of mini-drifters was estimated.

Представлены результаты натурных измерений параметров прибрежных течений с помощью лагранжевых мини-дрифтеров. Дрифтерные эксперименты проводились синхронно со спутниковой съемкой с помощью MSI Sentinel-2, OLI Landsat-8 и OLCI Sentinel-3. Показано, что использование недорогого и простейшего в изготовлении прибора, каким является мини-дрифтер, позволяет получать оперативную информацию о параметрах прибрежных течений. В экспериментах апреля–мая 2019 г. в северо-восточной части Черного моря удалось оценить скорости прибрежных течений и определить минимальное расстояние, на которое Основное черноморское течение подошло к берегу. Траектории мини-дрифтеров позволили пронаблюдать проявления инерционных колебаний, пространственные характеристики которых практически невозможно измерить другим способом. Оценено влияние вихревых структур, проявляющихся на спутниковых изображениях видимого диапазона, на распространение мини-дрифтеров.

remote sensing of sea surfaceLagrangian mini-drifterscoastal currentinertial oscillationsthe Black Seaдистанционное зондирование морской поверхностилагранжевые дрифтерыприбрежные теченияинерционные колебанияЧерное мореThe expeditionary work was carried out with financial support from the Russian Foundation for Basic Research under grant No. 17–05–00715. The development and improvement of Lagrangian mini-drifters was carried out within the framework of the state assignment of IKI RAS, the theme “Monitoring” (state registration No. 01.20.0.2.00164).Экспедиционные работы проводились при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках гранта № 17–05–00715. Разработка и усовершенствование лагранжевых мини-дрифтеров осуществлялась в рамках государственного задания ИКИ РАН, темы «Мониторинг» (госрегистрация № 01.20.0.2.00164).Bondur V.G., Sabinin K.D., Grebenyuk Y.V. Characteristics of inertial oscillations according to the experimental measurements of currents on the Russian shelf of the Black Sea // Izv. Atmospheric and Oceanic Physics. 2017. V. 53. № 1. P. 120–126. https://doi.org/10.1134/S0001433816050030Бондур В.Г., Сабинин К.Д., Гребенюк Ю.В. Характеристики инерционных колебаний по данным экспериментальных измерений течений на российском шельфе Черного моря // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53. № 1. С. 135–142.Golenko M.N., Krayushkin E.V., Lavrova O. Yu. Issledovanie osobennostei pribrezhnykh poverkhnostnykh techenii v Yugo-Vostochnoi Baltike po rezul'tatam podsputnikovykh drifternykh eksperimentov i chislennogo modelirovaniya [Investigation of coastal surface currents in the South-East Baltic based on concurrent drifter and satellite observations and numerical modeling] // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2017. V. 14. № 7. P. 280–296. https://doi: 10.21046/2070–7401–2017–14–7–280–296 (In Russian).Голенко М.Н., Краюшкин Е.В., Лаврова О.Ю. Исследование особенностей прибрежных поверхностных течений в Юго-Восточной Балтике по результатам подспутниковых дрифтерных экспериментов и численного моделирования // Соврем. пробл. дист. зондир. Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 7. С. 280–296. doi: 10.21046/2070–7401–2017–14–7–280–296Kostianoy A.G., Ginzburg A.I., Lavrova O.Y., Mityagina M.I. Satellite Remote Sensing of Submesoscale Eddies in the Russian Seas / Velarde M., Tarakanov R., Marchenko A. (eds). The Ocean in Motion. Springer Oceanography. Springer, Cham. 2018. P. 397–413. https://doi.org/10.1007/978–3–319–71934–4_24Журбас В.М., Зацепин А.Г., Григорьева Ю.В., Еремеев В.Н., Кременецкий В.В., Мотыжев С.В., Поярков С.Г., Пулейн П., Станичный С.В., Соловьев Д.М. Циркуляция вод и характеристики разномасштабных течений в верхнем слое черного моря по дрифтерным данным // Океанология. 2004. Т. 44. С. 34–48.Krayushkin E., Lavrova O., Strochkov A. Application of GPS/GSM Lagrangian mini-drifters for coastal ocean dynamics analysis // Russian Journal of Earth Science. 2019. V. 19. ES1001. https://doi:10.2205/2018ES000642Журбас В.М., Кузьмина Н.П., Лыжков Д.А. Вихреобразование за мысом при генерации течения кратковременным воздействием вдольберегового ветра (численные эксперименты) // Океанология. 2017. Т. 57. № 3. С. 389–399.Lavrova O. Yu., Krayushkin E.V., Nazirova K.R., Stroch-kov A. Ya. Vozmozhnost' polucheniya dinamicheskikh i prostranstvennykh kharakteristik protsessov i yavlenii v pribrezhnoi zone na osnove kompleksnogo ispol'zovaniya kvazisinkhronnykh sputnikovykh dannykh [The possibility of receiving dynamic and spatial characteristics of processes and phenomena in a coastal zone based on integrated use of quasi-synchronous satellite data] // Vestnik TVGU, Series: Geography and Geoecology. 2018. № 3. P. 108–124. https://doi: https://doi.org/10.26456/2226–7719–2018–3–108–124 (In Russian)Зацепин А.Г., Баранов В.И., Кондрашов А.А., Корж А.О., Кременецкий В.В., Островский А.Г., Соловьев Д.М. Субмезомасштабные вихри на кавказском шельфе Чёрного моря и порождающие их механизмы // Океанология. 2011. Т. 51. № 4. С. 592–605.Lavrova O. Yu., Kostianoy A.G., Lebedev S.A., Mityagina M.I., Ginzburg A.I., Sheremet N.A. Kompleksnyi sputnikovyi monitoring morei Rossii [Complex satellite monitoring of the Russian Seas], Moscow: IKI RAN, 2011, 472 p. (In Russian).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.Lavrova O. Yu., Mityagina M.I., Sabinin K.D., Serebryany A.N. Izuchenie gidrodinamicheskikh protsessov v shel'fovoi zone na osnove sputnikovoi informatsii i dannykh podsputnikovykh izmerenii [Study of hydrodynamic processes in the shelf zone based on satellite data and subsatellite measurements] // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 2015, Vol. 12, № 5, pp. 98–129. (In Russian)Лаврова О.Ю., Краюшкин Е.В., Назирова К.Р., Строчков А.Я. Возможность получения динамических и пространственных характеристик процессов и явлений в прибрежной зоне на основе комплексного использования квазисинхронных спутниковых данных // Вестник ТвГУ. Серия "География и Геоэкология". 2018. № 3. С. 108–124.Lavrova O. Yu., Sabinin K.D. Proyavleniya inertsionnykh kolebanii na sputnikovykh izobrazheniyakh morskoi poverkhnosti [Manifestations of inertial oscillations in satellite images of the sea surface] // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2016. V. 13. № 4. P. 60–73. https://doi: 10.21046/2070–7401–2016–13–21–60–73 (In Russian)Лаврова О.Ю., Митягина М.И., Сабинин К.Д., Серебряный А.Н. Изучение гидродинамических процессов в шельфовой зоне на основе спутниковой информации и данных подспутниковых измерений // Соврем. пробл. дист. зондир. Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 98–129.Mityagina M.I., Lavrova O.Y., Karimova S.S. Multi-sensor survey of seasonal variability in coastal eddy and internal wave signatures in the north-eastern Black Sea // Intern. J. Remote Sensing. 2010. V. 31. № 17. P. 4779–4790. https://doi.org/10.1080/01431161.2010.485151Лаврова О.Ю., Сабинин К.Д. Проявления инерционных колебаний на спутниковых изображениях морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 60–73.Mityagina M.I., Lavrova O. Yu. Sputnikovye nablyudeniya vikhrevykh i volnovykh protsessov v pribrezhnoi zone severo-vostochnoi chasti Chernogo morya [Satellite Observations of Eddy and Wave Processes in the Coastal Waters of the North-Eastern Black Sea] // Issledovanie Zemli iz kosmosa. 2009. № 5. P. 72–79. (In Russian)Митягина М.И., Лаврова О.Ю. Спутниковые наблюдения вихревых и волновых процессов в прибрежной зоне северо-восточной части Чёрного моря // Исслед. Земли из космоса. 2009. № 5. С. 72–79.Motyzhev S.V., Lunev E.G., Tolstosheev A.P. Razvitie drifter-nykh tekhnologii i ikh vnedrenie v praktiku okeano-graficheskikh nablyudenii v chernom more i mirovom okeane [Development of drifter technologies and their introduction into the practice of oceanographic observations in the Black Sea and the World Ocean] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol': NPTs «EKOSI-Gidrofizika». 2011. № 24. P. 259–273. (In Russian)Мотыжев С.В., Лунев Е.Г., Толстошеев А.П. Развитие дрифтерных технологий и их внедрение в практику океанографических наблюдений в черном море и мировом океане // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». 2011. Вып. 24. С. 259–273.Nazirova K.R., Lavrova O. Yu., Krayushkin E.V., Soloviev D.M., Zhuk E.V., Alferyeva Ya.O. Osobennosti vyyavleniya parametrov rechnogo plyuma kontaktnymi i distantsionnymi metodami [Features of river plume parameter determination by in situ and remote sensing methods] // Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 2019. V. 16. № 2. P. 227–243. https://doi: 10.21046/2070–7401–2019–16–2–227–243 (In Russian)Назирова К.Р., Лаврова О.Ю., Краюшкин Е.В., Соловьев Д.М., Жук Е.В., Алферьева Я.О. Особенности выявления параметров речного плюма контактными и дистанционными методами // Соврем. пробл. дист. зондир. Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 2. С. 227–243.Niiler P.P., Davis R.E., White H. Water-following characteristics of a mixed layer drifter // Deep-Sea Research. 1987. V. 34. № 11. P. 1867–1881. https://doi.org/10.1016/0198–0149(87)90060–4Сильвестрова К.П., Мысленков С.А., Зацепин А.Г., Краюшкин Е.В., Баранов В.И., Самсонов Т.Е., Куклев С.Б. Возможности использования gps-дрифтеров для исследования течений на шельфе Черного моря // Океанология. 2016. Т. 56. № 1. С. 159–166.Novelli G., Guigand C., Cousin C., Ryan E., Laxague N., Dai H., Haus B., Ozgokmen T. A biodegradable surface drifter for ocean sampling on a massive scale // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2017. V. 34. P. 2509–2532. https://doi:10.1175/JTECH-D-17–0055.1Kostianoy A.G., Ginzburg A.I., Lavrova O.Y., Mitya-gina M.I. Satellite Remote Sensing of Submesoscale Eddies in the Russian Seas / Velarde M., Tarakanov R., Marchenko A. (eds). The Ocean in Motion. Springer Oceanography. Springer, Cham. 2018. P. 397–413. https://doi.org/10.1007/978–3–319–71934–4_24Ohlmann J., Molemaker M., Baschek B., Holt B., Marmo-rino G., Smith G. Drifter observations of submesoscale flow kinematics in the coastal ocean // Geophysical Research Letters. V. 44. P. 330–337. https://doi:10.1002/2016GL071537Krayushkin E., Lavrova O., Strochkov A. Application of GPS/GSM Lagrangian mini-drifters for coastal ocean dynamics analysis // Russian Journal of Earth Science. 2019. V. 19. ES1001.Poje A., Özgökmen T., Lipphardt B., Haus B., Ryan E., Haza A. et al. Submesoscale dispersion in the vicinity of the Deepwater Horizon spill // Proc. National Academy of Sciences. 2014. V. 111. P. 12693–12698. https://doi: 10.1073/pnas.1402452111Mityagina M.I., Lavrova O.Y., Karimova S.S. Multi-sensor survey of seasonal variability in coastal eddy and internal wave signatures in the north-eastern Black Sea // Intern. J. Remote Sensing. 2010. V. 31. № 17. P. 4779–4790.Poulain P.-M., Barbanti R., Motyzhev S., Zatsepin A. Statistical description of the Black Sea nearsurface circulation using drifters in 1993–2003 // Deep-Sea Research. 2005. V. 52. P. 2250–2274. https://doi: 10.1016/j.dsr.2005.08.007Niiler P.P., Davis R.E., White H. Water-following characte-ristics of a mixed layer drifter // Deep-Sea Research. 1987. V. 34. № 11. P. 1867–1881.Silvestrova K.P., Myslenkov S.A., Zatsepin A.G., Krayush-kin E.V., Samsonov T.E., Baranov V.I., Kuklev S.B. GPS-drifters for study of water dynamics in the Black Sea shelf zone // Oceanology. 2016. V. 56. № 1. P. 150–156. https://doi.org/10.1134/S0001437016010112Novelli G., Guigand C., Cousin C., Ryan E., Laxague N., Dai H., Haus B., Ozgokmen T. A biodegradable surface drifter for ocean sampling on a massive scale // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2017. 34. P. 2509–2532. doi:10.1175/JTECH-D-17–0055.1Sverdrup H.U., Johnson M.W., Fleming R.H. The Oceans, New York, Prentice Hall Inc., 1942. 1087 p.Ohlmann J., Molemaker M., Baschek B., Holt B., Marmo-rino G., Smith, G.. Drifter observations of submesoscale flow kinematics in the coastal ocean // Geophysical Research Letters. V. 44. P. 330–337. doi:10.1002/2016GL071537Sybrandy A.L., Niiler P.P. WOCE/ TOGA Lagrangian drifter construction manual // WOCE Report No 63. 1991. SIO Report No 91/6. Scripps Institution of Oceanography, La Jolla.Poje A., Özgökmen T., Lipphardt B., Haus B., Ryan E., Haza A. et al. Submesoscale dispersion in the vicinity of the Deepwater Horizon spill // Proc. National Academy of Sciences 111. P. 12693–12698. doi: 10.1073/pnas.1402452111Thomas L.N., Tandon A., Mahadevan A. Submesoscale processes and dynamics, Ocean Modeling in an Eddying Regime // Geophys. Monogr. Ser. 2008. V. 177. P. 17–37. https://doi.org/10.1029/177gm04Poulain P.-M., Barbanti R., Motyzhev S., Zatsepin A.Statistical description of the Black Sea nearsurface circulation using drifters in 1993–2003 // Deep-Sea Research. 2005. V. 52. P. 2250–2274.Tolstosheev A.P. A method of estimation of the results of reconstruction of the trajectories of drifting buoys // Physical Oceanography. 2010. V. 19. № 6. P. 358–365. https://doi: 10.1007/s11110–010–9059–1Sverdrup H.U., Johnson M.W., Fleming R.H. The Oceans. New York, Prentice Hall Inc., 1942. 1087 p.Zatsepin A.G., Baranov V.I., Kondrashov A.A. Korzh A.O., Kremenetskiy V.V., Ostrovskii A.G., Soloviev D.M. Subme-soscale eddies at the caucasus Black Sea shelf and the mechanisms of their generation // Oceanology. V. 57. № 4. P. 554–567. https://doi.org/10.1134/S0001437011040205Sybrandy A.L., Niiler P.P. WOCE/ TOGA Lagrangian drifter construction manual. WOCE Report No 63. 1991. SIO Report No 91/6. Scripps Institution of Oceanography, La Jolla.Zhurbas V., Stipa T., Mälkki P., Paka V., Golenko N., Hense I., Sklyarov V. Generation of subsurface cyclonic eddies in the southeast Baltic Sea: Observations and numerical experiments // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. № C05033, doi:10.1029/2003JC002074Thomas L.N., Tandon A., Mahadevan A. Submesoscale processes and dynamics // Ocean Modeling in an Eddying Regime. Geophys. Monogr. Ser. 2008. V. 177. P. 17–37. doi: 10.1029/177gm04Zhurbas V.M., Kuzmina N.P., Lyzhkov D.A. Eddy formation behind a coastal cape in a flow generated by transient longshore wind (Numerical experiments) // Oceanology. 2017. V. 57. № 3. P. 350–359. https://doi.org/10.1134/S0001437017020229Tolstosheev A.P. A method of estimation of the results of reconstruction of the trajectories of drifting buoys // Physical Oceanography. 2010. V. 19. № 6. P. 358–365.Zhurbas V.M., Oh S.I., Paka V.T. Generation of cyclonic eddies in the Eastern Gotland Basin of the Baltic Sea following dense water inflows: Numerical experiments // J. Mar. Syst. 2003. № 38. P. 323–336. https://doi.org/10.1016/S0924–7963(02)00251–8Zhurbas V.M., Oh S.I, Paka V.T. Generation of cyclonic eddies in the Eastern Gotland Basin of the Baltic Sea following dense water inflows: Numerical experiments // J. Mar. Syst. 2003. № 38. P. 323–336.Zhurbas V.M., Zatsepin A.G., Grigor'eva Yu.V., Poyarkov S.G., Eremeev V.N., Kremenetsky V.V., Motyzhev S.V., Stanichny S.V., Soloviev D.M., Poulain P.-M. Water circulation and characteristics of currents of different scales in the upper layer of the Black Sea from drifter data // Oceanology. 2004. V. 44. № 1. P. 30–43.Zhurbas V., Stipa T., Mälkki P., Paka V., Golenko N., Hense I., Sklyarov V. Generation of subsurface cyclonic eddies in the southeast Baltic Sea: Observations and numerical experiments // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. № C05033. doi:10.1029/2003JC002074