基于SAR与光学卫星数据的Iokanga河羽流动力学研究及其对北极污染物扩散的启示

针对北极小型河流羽流(Iokanga plume)动态特征研究空白，研究人员通过合成孔径雷达(SAR)与光学卫星影像(Landsat/Sentinel)揭示了潮汐对羽流日内变异的关键影响，首次发现亚中尺度涡旋形成机制，为北极沿岸水体混合过程及污染物扩散路径提供了新认知。

　　

在北极地区，河流输入对海洋生态系统的影响日益受到关注，但小型河流羽流的动态特征却长期被忽视。位于科拉半岛的Iokanga河作为巴伦支海与白海交界处的重要淡水输入源，其羽流动态不仅涉及基础水文过程，更与放射性污染物扩散风险密切相关。然而，受限于极地恶劣环境，传统现场观测难以持续开展，导致该区域小型羽流的时空变异规律、驱动机制及其生态效应成为未解之谜。

莫斯科物理技术学院等机构的研究人员创新性地采用多源卫星遥感技术，通过分析2000-2023年间5684幅光学影像（Landsat-7/8/9 OLI、Sentinel-2 A/B MSI）和1118幅合成孔径雷达(SAR)影像（Sentinel-1 A/B EW模式），首次系统揭示了Iokanga河羽流的独特动力学特征。研究发现，潮汐作用主导了该羽流的日内变异规律——这一现象在北极河流羽流中极为罕见。研究还发现羽流边界存在直径0.5-2 km的亚中尺度涡旋(submesoscale eddies)，其形成与密度锋面剪切作用密切相关。这些发现发表于《Journal of Marine Systems》，为理解北极沿岸水体混合机制及污染物扩散路径提供了新视角。

关键技术方法包括：1）多时相卫星影像融合技术，结合10-300 m分辨率的光学与SAR数据；2）基于再分析数据（ERA5、GLORYS12v1）的外部强迫因子量化；3）涡旋特征提取算法。研究时段聚焦高径流期（3-8月），空间范围覆盖斯维亚托诺斯基湾(Svyatonosskii Bay)海域。

【Surface manifestations of the Iokanga plume】
光学影像显示，羽流在3-4月呈现明显的明暗水色边界，部分影像可见冰条带状分布指示羽流扩展方向。5-8月高浊度核心区面积达15-25 km²，表层淡水层厚度约3-5 m。SAR影像通过表面粗糙度差异成功识别羽流边界，弥补了光学数据受云层限制的缺陷。

【Discussion and conclusions】
研究确立了潮汐对羽流日内变异的决定性影响（贡献率超60%），这与大多数北极河流羽流受风控主导的规律形成鲜明对比。发现的亚中尺度涡旋通过增强垂向混合，可能加速污染物向海洋内部的输运。方法论上，证实了SAR影像在极地小型羽流研究中的不可替代性，特别是在云覆盖率达70%的观测条件下。

该研究不仅填补了巴伦支海西南部沿岸水体形成机制的认知空白，更建立了极地小型羽流研究的遥感技术范式。成果对评估核电站冷却水排放、采矿废水等人为污染物的海洋扩散路径具有直接应用价值，也为北极陆海相互作用研究提供了新的理论框架。