ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. №1. С. 34-48

Влияние нелинейности морских волн на результаты радиоальтиметрических измерений

А.С. Запевалов , В.В. Пустовойтенко 
Морской гидрофизический институт НАН Украины, 99000, Украина, Севастополь, ул. Капитанская, 2
Рассмотрено влияние на форму эхо-сигнала альтиметра нелинейных эффектов в поле морских поверхностных волн, приводящих к отклонению распределений возвышений поверхности от распределения Гаусса. Показаны ограничения существующих моделей распределений (в том числе распределения Грама-Шарлье) при анализе данных альтиметрических измерений. Отмечено, что одной из проблем моделирования эхо-сигнала альтиметра является отсутствие модели, описывающей распределение возвышений морской поверхности на масштабах, более чем в полтора раза превосходящих значимую высоту волн.
Ключевые слова: спутниковая альтиметрия, состояние морской поверхности, распределение возвышений, нелинейность морских волн.
Полный текст

Список литературы:

  1. Бакут П.А., Большаков И.А., Герасимов Б.М., Курикша A.A., Репин В.Г., Тартаковский Г.П., Широков В.В. Вопросы статистической теории радиолокации. М.: Сов.радио, 1964. Т. 2. 1087 с.
  2. Баскаков А.И., Егоров В.В. Перспективный высокоточный спутниковый альтиметр // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Т. 5. № 1. С. 225–228.
  3. Басс Ф.Г., Брауде С.Я., Калмыков А.И., Мень А.В., Островский И.Е., Пустовойтенко В.В., Розенберг А.Д., Фукс И.М. Методы радиолокационных исследований морского волнения (радиоокеанография) // Успехи физических наук. 1975. Т. 116. С. 741–743.
  4. Галаев Ю.М., Большаков А.Н., Ефимов В.Б., Калмыков А.И., Курекин А.С., Лемента Ю.А., Нелепо Б.А., Островский И.Е., Пичугин А.П., Пустовойтенко В.В., Терехин Ю.В. Некоторые характеристики радиолокационных отражений поверхностью моря при углах падения, близких к вертикальным // Препринт № 1. Севастополь: МГИ АН УССР. 1978. 22 с.
  5. Егоров В.В., Мин-Хо Ка. Вопросы точности аэрокосмической альтиметрии // Исслед. Земли из космоса. 2005. № 5. С. 48–55.
  6. Жуковский А.П., Оноприенко Е.И., Чижов В.И. Теоретические основы радиовысотометрии / Под ред. А.П. Жуковского. М.: Сов радио, 1979. 320 с.
  7. Запевалов А.С. Влияние асимметрии и эксцесса распределения возвышений взволнованной морской поверхности на точность альтиметрических измерений ее уровня // Изв. РАН. Сер. Физика атмосферы и океана. 2012а. T. 48. № 2. С. 224–231.
  8. Запевалов А.С. Старшие кумулянты возвышений морской поверхности // Метеорология и гидрология. 2011. № 9. С. 78–85.
  9. Запевалов А.С. Статистические модели взволнованной морской поверхности. Для задач дистанционного зондирования: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012б. 69 с.
  10. Запевалов А.С., Большаков А.Н., Смолов В.Е. Моделирование плотности вероятностей возвышений морской поверхности с помощью рядов Грама-Шарлье // Океанология. 2011. Т. 51. № 3. С. 432–439.
  11. Запевалов А.С., Пустовойтенко В.В. К вопросу определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности по данным альтиметрических измерений // Исследования Земли из космоса. 2012. № 5. С. 12–21.
  12. Запевалов А.С., Пустовойтенко В.В. Моделирование плотности вероятностей уклонов морской поверхности в задачах рассеяния радиоволн // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 2. С. 110–121.
  13. Запевалов А.С., Ратнер Ю.Б. Аналитическая модель плотности вероятностей уклонов морской поверхности // Морской гидрофизический журнал. 2003. № 1. С. 3–17.
  14. Кендалл М.Дж., Стьюарт А. Теория распределений. Пер. с англ. М.: Наука, 1966. 587 с.
  15. 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. 480 с.
  16. Лонге-Хиггинс М.С. Статистический анализ случайной движущейся поверхности // Ветровые волны / Пер. с англ. М.: Иностранная литература, 1962. С. 125–218.
  17. Мельникова О.Н., Показеев К.В. Усиление нелинейных ветровых волн на чистой воде и при наличии масляной пленки // Изв. РАН. Сер. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45. № 3. С. 420–425.
  18. Мин-Хо Ка, Егоров В.В. Проблемы неопределенности в задачах альтиметрического зондирования земной поверхности // Исслед. Земли из космоса. 2005. № 3. С. 32–36.
  19. Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: Спутниковая альтиметрия – Современное состояние, перспективы и проблемы // Серия. Современные проблемы океанологии, Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». 2012. Вып. 11. 218 с.
  20. Христофоров Г.Н., Смолов В.Е., Запевалов А.С. Продольная и поперечная когерентность в энергонесущих ветровых морских волнах // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана. 1991. Т. 27. № 8. С. 887–889.
  21. Шарков Е.А. Обрушающиеся морские волны: структура, геометрия, электродинамика. М.: Научный мир, 2009. 303 с.
  22. Barrick D., Lipa B. Analysis and interpretation of altimeter sea echo // Satellite Oceanic Remote Sensing, Advances in Geophysics. 1985. V. 27. P. 61–100.
  23. Brown G.S. The average impulse response of a rough surface and its applications // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1977. V. AP-25. P. 67–74.
  24. Callahan P.S., Rodriguez E. Retracking of Jason-1 Data // Marine Geodesy. 2004. V. 27. P. 391–407.
  25. Cieślikiewicz W. Determination of the surface elevation probability distribution of wind waves using maximum entropy principle. Water wave kinematics (Proceeding of the NATO Advanced Research Workshop on Water Wave Kinematics). Molde, Norway: Kluwer. 1989. P. 345–352.
  26. Dai D., Wang W., Qian C., Sun F. Comments on the surface elevation distributions derived by Huang // Applied Ocean Research. 2002. V. 24. No. 3. P. 185–188.
  27. Fu L.-L., Cazenave A. Satellite Altimetry and Earth Sciences A Handbook of Techniques and Applications // International geophysical series. 2001. V. 69. 463 p.
  28. Ginzburg A.I., Kostianoy A.G., Sheremet N.A., Lebedev S.A. Satellite altimetry application in the Black Sea // Coastal altimetry. Berlin Heidelberg: Springer-Vertlag. 2011. P. 367–388.
  29. Glazman R.E., Greysukh A. Satellite altimeter measurements of surface wind // J. Geoph. Res. 1993. V. 98. No. С2. P. 2475–2483.
  30. Gómez-Enri J., Gommenginger C.P., Challenor P.G., Srokosz M.A., Drinkwater M.R. ENVISAT radar altimeter tracker bias // Marine Geodesy. 2006. V. 29. P. 19–38.
  31. Gómez-Enri J., Gommenginger C.P., Srokosz M.A., Challenor P.G. Measuring global ocean wave skewness by retracking RA-2 Envisat waveforms // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. 2007. V. 24. P. 1102–1116.
  32. Hausman J., Zlotnicki V. Sea state bias in radar altimetry revisited // Marine Geodesy. 2010. V. 33(S1). P. 336–347.
  33. Hayne G.S. Radar altimeter mean return waveforms from near-normal-incidence ocean surface scattering // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1980. V. AP-28. P. 687–692.
  34. Hou Y., Song G., Zhao X., Song J., Zheng Q. Statistical distribution of nonlinear random water wave surface elevation // Chinese J. of Oceanology and Limnology. 2006. V. 24. No. 1. P. 1–5.
  35. Huang N.E., Long S.R., Tung C.C., Yuan Y., Bliven L.F. A non-Gaussian joint statistical model for surface elevation of nonlinear random wave fields // J. Geophys Res. 1983. V. 88. P. 7597–7606.
  36. Huang N.Е., Long S.R. An experimental investigation of the surface elevation probability distribution and statistics of wind-generated waves // J. Fluid Mech. 1980. V. 101. No. 1. P. 179–200.
  37. Jha A.K., Winterstein S.R. Nonlinear random ocean waves: prediction and comparison with data // Proc., 19th Intl. Offshore Mech. Arctic Eng. Symp., ASME, 2000. Paper No. OMAE 00–6125.
  38. Kinsman B. Wind waves: their Generation and Propagation on the Ocean Surface. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall Inc. 1965. 661 p.
  39. Kumar R., Stammer D., Melville W.K., Janssen P. Electromagnetic bias estimates based on TOPEX, buoy, and wave model data // J. Geophys Res. 2003. V. 108. No. C11. 3351. doi:10.1029/2002JC001525.
  40. Longuet-Higgins M.S. The effect of non-linearities on statistical distribution in the theory of sea waves // J. Fluid Mech. 1963. V. 17. No. 3. P. 459–480.
  41. Melnikova O.N., Nivina T.V., Pokazeev K.V. On the amplification of wind nonlinear waves due to the vortex formation in separated fl ow // Moscow University Physics Bulletin. 2008. V. 63. No 3. P. 226–228.
  42. Moore R.K., Williams C.S. Radar terrain return at near vertical incidence // Proceedings of the Institute of Radio Engineers. 1957. V. 45. P. 228–238.
  43. Phillips O.M. On the dynamics of unsteady gravity waves of finite amplitude. Part 2. // J. Fluid Mech. 1961. V. 11. P. 143–155.
  44. Queffeulou P. Long-term validation of wave height measurements from altimeters // Marine Geodesy. 2004. 27. P. 495.
  45. Rodriguez E., Martin J.M. Estimation of the electromagnetic bias from retracked TOPEX data // J. Geoph. Res. 1994. V. 99. No. С12. P. 24971–24979.
  46. Rodriguez Е. Altimetry for non-Gaussian oceans: Height biases and estimation of parameters // J. Geophys. Res. 1988. V. 93. No. C11. P. 14107–14120.
  47. Srokosz M.A. A new statistical distribution for the surface elevation of weakly nonlinear water waves // J. Phys. Oceanogr. 1998. V. 28. P. 149–155.
  48. Stokes G.G. On the theory of oscillatory waves // Trans. Cambridge Philos. Soc. 1849. V. 8. P. 197–229.
  49. Sun F., Ping-Xing D. A statistical distribution of surface elevation for nonlinear random sea waves and its physical explanation // Science in China (series B). 1994. V. 37. No. 11. P. 1401–1408.
  50. Tayfun M.A. Narrow-band nonlinear sea waves // J Geophys. Res. 1980. V. 85(C3). P. 1548–1552.
  51. Tran N., Vandemark D., Chapron B., Labroue S., Feng H., Beckley B., Vincent P. New models for satellite altimeter sea state bias correction developed using global wave model data // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. C 09009. DOI: 10.1029/2005JC003406.
  52. Yaplee B.S., Shapiro A., Hammond D.L., Au B.B., Uliana E.A. Nanosecond radar observation of the ocean surface from a stable platform // IEEE Trans. Geosci. Electron. 1971. V. GE-9. P. 170–174.