Use of wavelet analysis in the study of the bottom relief of the Peter the Great Bay of the Sea of Japan
Authors: Самченко А.Н. , Ярощук И.О. 
Published: July 2024

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.

The paper provides an example of the application of wavelet analysis to the bottom topography of the Peter the Great Bay of the Sea of Japan and the depth slope. The bottom micro- and mesorelief is formed by hydrodynamic processes. Thus, the study of various landforms and their position can show where the dynamics of internal gravity waves is most pronounced. A digital model of the relief of the bay, depth dump and adjacent land has been created. The digital model of the seabed and land elevation is based on the available global databases GEBKO and ASTER, as well as bathymetric measurements obtained using the ship's echo sounder. The preparation of bathymetric data on the bottom of the bay for further application of mathematical methods is considered. Interpolation with regression of Gaussian processes was used at the first stage of creating a digital elevation model. Further, smoothing was carried out due to linear interpolation and an increase in the cell size of the digital elevation model. Due to the coarsening of the model, the measurement error has decreased. On the basis of wavelet analysis and the method of natural orthogonal functions, various groups of landforms were identified and contoured according to their height characteristics. Sedimentary waves were identified in the bay. The height of sedimentary waves does not exceed 8 m, and the distances between the peaks vary within 1 km. The structural parameters of the bottom topography for each profile of the wavelet analysis are identified. Differences are observed in the shape of the wavelet patterns for different types of sedimentary waves. So, for small sedimentary waves (up to 2 m high) are evenly distributed along the profile and they are having even bifurcations. Sedimentary waves with a height of more than 2 m are grouped in the central part of the bay and in the wavelet analysis they are also distinguished by local bifurcations, but with a higher dimension.