Гидросфера: Опасные процессы и явления (Jul 2021)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗА В ИЗУЧЕНИИ РЕЛЬЕФА ДНА ЗАЛИВА ПЕТРА ВЕЛИКОГО ЯПОНСКОГО МОРЯ
Abstract
В работе приводится пример применения вейвлет-анализа к рельефу дна залива Петра Великого Японского моря и свала глубин. Микро- и мезорельеф дна формируются современными гидродинамическими процессами. Таким образом, изучение различных форм рельефа и их положение может показать, где наиболее выражена динамика внутренних гравитационных волн. Создана цифровая модель рельефа залива, свала глубин и прилегающей суши. Цифровая модель рельефа дна и суши базируется на доступных глобальных базах данных GEBKO и ASTER, а также данных батиметрических измерений, полученных с помощью эхолота судна. Рассматривается подготовка батиметрических данных дна залива для дальнейшего применения математических методов. На первом этапе создания цифровой модели рельефа использовалась интерполяция с помощью регрессии на основе гауссовских процессов. Далее проводилось сглаживание за счет линейной интерполяции и увеличение размера ячейки цифровой модели рельефа. За счет загрубления модели уменьшилась погрешность измерений. На основе вейвлет-анализа и метода естественных ортогональных функций были выделены и оконтурены различные группы форм рельефа по их высотным характеристикам. Были определены осадочные волны в заливе. Высота осадочных волн не превышает 8 м, а расстояния между вершинами колеблются в пределах 1 км. Выделены структурные параметры рельефа дна для каждого профиля вейвлет-анализа. Наблюдаются различия в облике вейвлет-картин для разного вида осадочных волн. Так, для небольших осадочных волн, высотой до 2 м, они равномерно распределены по профилю, имея ровные «вилочки» – раздвоения. Осадочные волны высотой более 2 м сгруппированы в центральной части залива и в вейвлет-анализе также выделяются локальными раздвоениями, но с большей размерностью. Литература: Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и применение // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. № 11. С. 1145–1170. DOI: 10.3367/UFNr.0166.199611a.1145. Бурнаев Е.В., Панов М.Е., Зайцев А.А. Регрессия на основе нестационарных гауссовских процессов с байесовской регуляризацией // Информационные процессы. 2015. Т.15. № 3. С. 298–313. Девдариани А.С. Математический анализ в геоморфологии / под ред. В.В. Лонгинова. М.: Недра, 1967. 156 с. Долгих Г.И., Новотрясов В.В., Самченко А.Н., Ярощук И.О. Об одном механизме образования осадочных волн на шельфе Японского моря // Доклады академии наук. 2015. Т. 465. № 5. С. 593–597. DOI: 10.7868/S0869565215350169. Дремин И.М., Иванов О.В., Нечитайло В.А. Вейвлеты и их использование // Успехи физических наук. 2001. Т.171. № 5. С.465–501. DOI: 10.3367/UFNr.0171.200105a.0465. Коротченко Р.А., Самченко А.Н., Ярощук И.О. Применение многомерного ЕОФ-анализа в геоинформатике // Цифровая обработка сигналов. 2013. № 3. C. 17–20. Коротченко Р.А., Самченко А.Н., Ярощук И.О. Применение статистических методов в изучении рельефа шельфовой зоны на примере залива Посьета (Японское море) // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2011. № 6 (160). С. 54–59. Коротченко Р.А., Самченко А.Н., Ярощук И.О. Пространственно-временной анализ геоморфологии океанического дна залива Петра Великого (Японское море) // Океанология. 2014. Т. 54. № 4. С. 538–545. DOI: 10.7868/S0030157414030046. Левченко О.В., Росляков А.Г., Поляков А.С., Зверев А.С., Мерклин Л.Р. Новые данные об осадочных волнах на западном континентальном склоне Каспийского моря // Доклады академии наук. 2008. т.420. № 4. C. 537–542. Самченко А.Н. Использование сингулярного спектрального анализа в геоморфологических исследованиях южного Приморья и залива Петра Великого Японского моря // Геоморфология. 2019. № 3. С. 36–45. DOI: 10.31857/S0435-42812019336-45. Самченко А.Н., Ярощук И.О. Акустические параметры рыхлых донных отложений залива Петра Великого (Японское море) // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2017. № 5. С. 130–136. Черников А.Г., Либина Н.В. Использование марковской гиспотомографии при геологических исследованиях в океанологии // Окенология, 2011. Т. 51. № 3. С. 561–565. Ярмоленко А.С., Скобенко О.В. Применение теории вейвлетов при сжатии и фильтрации геоинформации // Записки Горного института. 2018. Т. 234. С. 612–623. DOI: 10.31897/PMI.2018.6.612. Falorni G., Teles V., Vivoni E.R., Bras R.L., Amaratunga K.S. Analysis and characterization of the vertical accuracy of digital elevation models from the Shuttle Radar Topography Mission // Journal of Geophysical Research: Earth Surface. 2005. Vol. 110. Iss. F2. F02005. DOI: 10.1029/2003JF000113. Florinsky I.V. An illustrated introduction to general geomorphometry // Progress in Physical Geography. 2017. Vol. 41. Iss. 6. Pp. 723–752. DOI: 10.1177/0309133317733667. Florinsky I.V., Skrypitsyna T.N., Bliakharskii D.P., Ishalina O.S., Kiseleva A.S. Towards the modeling of glacier microtopography using high-resolution data from unmanned aerial survey // The International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2020. Vol. XLIII-B2-2020 (XXIV ISPRS Congress, Commission II). Pp 1065–1071. DOI: 10.5194/isprs-archives-XLIII-B2-2020-1065-2020. Hughes Clarke J.E. The Impact of Acoustic Imaging Geometry on the Fidelity of Seabed Bathymetric Models // Geosciences. 2018. Vol. 8. Iss. 4. 109. DOI: 10.3390/geosciences8040109. Lecours V., Dolan M.F.J., Micallef A., Lucieer V.L. A review of marine geomorphometry, the quantitative study of the seafloor // Hydrology and Earth System Sciences. 2016. Vol. 20. Iss. 8. Pp. 3207–3244. DOI: 10.5194/hess-20-3207-2016. Turcotte D.L. Fractals and Chaos in Geology and Geophysics. Cambridge: Cambridge University Press, 1997. 398 p. DOI: 10.1017/CBO9781139174695. Xu T., Moore I.D., Gallant J.C. Fractals, fractal dimensions and landscapes – a review. Geomorphology. 1993. Vol. 8. Iss. 4. Pp. 245–262. DOI: 10.1016/0169-555X(93)90022-T.
Keywords
