Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 4. С. 45-59
Лабораторное моделирование рассеяния СВЧ радиоволн поверхностью моря в условиях сильных и ураганных ветров
Ю.И. Троицкая
1, 2 , В.И. Абрамов
3 , А.В. Ермошкин
1 , Э.М. Зуйкова
1 , В.И. Казаков
1 , Д.А. Сергеев
1, 2 , А.А. Кандауров
1, 2 , О.С. Ермакова
1, 2 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
3 Научно-исследовательский радиофизический институт, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 24.08.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-16-45-59
Проведены лабораторные эксперименты, направленные на исследование зависимостей удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) СВЧ радиоволн Х-диапазона на согласованной и ортогональной поляризации от скорости ветра и угла падения. Микроволновые измерения сопровождались одновременными измерениями параметров воздушного потока (скорости трения ветра, высоты шероховатости) и поверхностных волн (спектров и функции плотности вероятности уклонов). Было показано, что мощность рассеянного сигнала как на согласованной, так и на ортогональной поляризации зависит от угла падения, ; при этом зависимость для сигнала на ортогональной поляризации оказывается слабее. Анализ доплеровских спектров рассеянных сигналов позволил сделать вывод о том, что они формируются за счет резонансного рассеяния на «рассеивателях», движущихся со скоростью, примерно на 20% превышающей фазовую скорость энергонесущих поверхностных волн, которые интерпретированы как обрушения волн. На базе проведенных измерений предложен вид геофизической модельной функции (ГМФ) для Х-диапазона и С-диапазона при U10 = 10 - 40 м/с и θ = 30° - 60°.
Ключевые слова: рассеяние радиоволн на морской поверхности, согласованная и ортогональная поляризация, допплеровский спектр, шторм, ураган, микроволновое дистанционное зондирование, поляризация, пограничные слои атмосферы и океана, обрушение поверхностных волн
Полный текстСписок литературы:
- Donelan M.A., Drennan W.M., Magnusson A.K. Non-stationary analysis of the directional properties of propagating waves // J. Phys. Oceanogr. 1996. Vol. 26. 1901–1914.
- Donnelly W.J., Carswell J.R., McIntosh R.E., Chang P.S., Wilkerson J., Marks F., Black P.G. Revised ocean backscatter models at C and Ku band under high-wind conditions // J. Geophys. Res. 1999. V. 104 (C5). P. 11485–11497.
- Fois F., Hoogeboom P., Le Chevalier F., Stoffelen A. Future ocean scatterometry: On the use of cross-polar scattering to observe very high winds // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2015. V. 53. No. 9. P. 5009–5020.
- Hersbach H. Comparison of C-band scatterometer CMOD5.N equivalent neural winds with ECMWF // J. Atmos. Oceanic Technol. 2010. V. 27. P. 721–736.
- Hersbach H., Stoffelen A., de Haan S. An improved C-band scatterometer ocean geophysical model function: CMOD5 // J. Geophys. Res. 2007. V. 112 (C3). C03006.
- Hwang P.A., Zhang B., Toporkov J.V., Perrie W. Comparison of composite Bragg theory and quad-polarization radar backscatter from RADARSAT-2: With applications to wave breaking and high wind retrieval // J. Geophys. Res. 2010. V. 115 (C8). C08019. DOI:10.1029/2009JC005995.
- Monahan E.C., Muircheartaigh I. Optimal Power-Law Description of Oceanic Whitecap Coverage Dependence on Wind Speed // J. Phys. Oceanogr. 1980. V. 10. P. 2094–2099.
- Reul N., Chapron B. A model of sea-foam thickness distribution for passive microwave remote sensing applications // Journal of geophysical research. 2003. V. 108 (C10). 3321. DOI:10.1 029/2003JCOO 1887.
- Troitskaya Yu.I, Abramov V., Ermoshkin A., Zuikova E. Laboratory modelling of cross-polarized radar return at severe wind conditions // Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), IEEE International. 2014. P. 3894–3897.
- Troitskaya Yu.I., Sergeev D.A., Kandaurov A.A., Baidakov G.A., Vdovin M.A., Kazakov V.I., Laboratory and theoretical modeling of air-sea momentum transfer under severe wind conditions // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. C00J21.
- Vachon P.W., Wolfe J. C-band cross-polarization wind speed retrieval // IEEE Geosci. Remote Sens. Lett. 2011. V. 8. P. 456–459.
- Valenzuela G.R. Theories for the interaction of electromagnetic and oceanic waves – A review // Boundary-Layer Meteorology. 1978. V. 13. P. 61–85.
- van Zadelhoff G.-J., Stoffelen A., Vachon P.W., Wolfe J., Horstmann J., Belmonte-Rivas M. Scatterometer hurricane wind speed retrievals using cross polarization // Atmos. Meas. Tech. Discuss. 2013. V. 6. P. 7945–7984.
- Zhang B., Perrie W. Cross-Polarized Synthetic Aperture Radar: A New Potential Measurement Technique for Hurricanes // Bull. Amer. Meteor. Soc. 2012. V. 93. P. 531–541.
- Zhang B., Perrie W., He Y. Wind speed retrieval from RADARSAT-2 quad-polarization images using a new polarization ratio model // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. C08008. DOI:10.1029/2010JC006522.
- Zhang B., Perrie W., Zhang J.A., Uhlhorn E.W., He Y. High-Resolution Hurricane Vector Winds from C-Band Dual-Polarization SAR Observations // J. Atmos. Oceanic Technol. 2014. V. 31. P. 272–286.