Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 4. С. 179-192
О развитии ветровых волн в арктических морях по данным измерений альтиметра AltiKa
П.А. Голубкин
1 , В.Н. Кудрявцев
1, 2 , Б. Шапрон
3, 1 1 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
2 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь
3 Французский научно-исследовательский институт по эксплуатации морских ресурсов, Плузане, Франция
Одобрена к печати: 16.05.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-4-179-192
В работе рассматривается развитие ветровых волн в замкнутых, окруженных сушей и/или морским льдом областях арктических морей на основе измерений спутникового альтиметра AltiKa, работающего в Ка-диапазоне. Для устранения систематических ошибок, связанных с влиянием стадии развития волн на восстанавливаемую скорость приводного ветра, предложена модификация стандартного алгоритма, используемого при обработке данных альтиметра AltiKa. Модифицированный алгоритм восстановления ветра основан на классическом выражении для удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) моря при надирных измерениях. Для учета развития волн в модель УЭПР введена зависимость среднеквадратичного наклона крупномасштабной поверхности от «возраста волн». Применение модифицированного алгоритма дает существенные поправки к значениям восстанавливаемой скорости ветра, что важно при исследованиях развития ветрового волнения. Анализ измерений развития ветровых волн проводился с использованием модели, являющейся обобщением классической теории подобия роста волн на условия пространственно-неоднородного поля ветра. Показано, что данные измерений могут быть представлены в виде универсальной зависимости безразмерной энергии волн от безразмерного разгона, если в качестве локального масштаба скорости ветра использовать значение, полученное усреднением скорости ветра от данной точки до начала разгона волн. Предложенный и протестированный в работе подход может служить простым инструментом для быстрой оценки высот волн в арктических морях.
Ключевые слова: ветровые волны, спутниковые альтиметры, SARAL/AltiKa, скорость ветра, Арктика
Полный текстСписок литературы:
- Китайгородский С.А. Некоторые приложения методов теории подобия при анализе ветрового волнения как вероятностного процесса // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1962. № 1. С. 105–117.
- Ardhuin F., Collard F., Chapron B., Girard‐Ardhuin F., Guitton G., Mouche A., Stopa J.E. Estimates of ocean wave heights and attenuation in sea ice using the SAR wave mode on Sentinel‐1A // Geophys. Res. Lett. 2015. Vol. 42. No. 7. P. 2317–2325. DOI: 10.1002/2014GL062940.
- Badulin S.I., Babanin A.V., Zakharov V.E., Resio D. Weakly turbulent laws of wind-wave growth // J. Fluid Mech. 2007. Vol. 591. P. 339–378. DOI: 10.1017/S0022112007008282.
- Dumont D., Kohout A., Bertino L. A wave‐based model for the marginal ice zone including a floe breaking parameterization // J. Geophys. Res. 2011. Vol. 116. No. C4. DOI: 10.1029/2010JC006682.
- Elfouhaily T., Chapron B., Katsaros K., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind‐driven waves // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. No. C7. P. 15781–15796. DOI: 10.1029/97JC00467.
- Farjami H., Golubkin P., Chapron B. Impact of the sea state on altimeter measurements in coastal regions // Rem. Sens. Lett. 2016. Vol. 7. No. 10, P. 935–944. DOI: 10.1080/2150704X.2016.1201224.
- Golubkin P.A., Chapron B., Kudryavtsev V.N. Wind waves in the Arctic seas: Envisat and AltiKa data analysis // Marine Geodesy. 2015. Vol. 38. No. 4. P. 289–298. DOI: 10.1080/01490419.2014.990592.
- Gourrion J., Vandemark D., Bailey S., Chapron B., Gommenginger G.P., Challenor G., Srokosz M.A. A two-parameter wind speed algorithm for Ku-band altimeters // J. Atmos. Oceanic Technol. 2002. Vol. 19. No. 12. P. 2030–2048. DOI: 10.1175/1520-0426(2002)019<2030:ATPWSA>2.0.CO;2.
- Kohout A.L., Meylan M.H. An elastic plate model for wave attenuation and ice floe breaking in the marginal ice zone // J. Geophys. Res. 2008. Vol. 113. No. C9. DOI: 10.1029/2007JC004434.
- Kudryavtsev V., Hauser D., Caudal G., Chapron B. A semiempirical model of the normalized radar cross‐section of the sea surface 1. Background model // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108. No. C3. DOI: 10.1029/2001JC001003.
- Kudryavtsev V., Golubkin P., Chapron B. A simplified wave enhancement criterion for moving extreme events // J. Geophys. Res. 2015. Vol. 120. No. 11. P. 7538–7558. DOI: 10.1002/2015JC011284.
- Lillibridge J., Scharroo R., Abdalla S., Vandemark D. One-and two-dimensional wind speed models for Ka-band altimetry // J. Atmos. Oceanic Technol. 2014. Vol. 31. No. 3. P. 630–638. DOI: 10.1175/JTECH-D-13-00167.1.
- Parkinson C.L., Comiso J.C. On the 2012 record low Arctic sea ice cover: Combined impact of preconditioning and an August storm // Geophys. Res. Lett. 2013. Vol. 40. No. 7. P. 1356–1361. DOI: 10.1002/grl.50349.
- Squire V.A., Moore S.C. Direct measurement of the attenuation of ocean waves by pack ice // Nature. 1980. Vol. 283. P. 365–368. DOI: 10.1038/283365a0.
- Tolman H.L. Treatment of unresolved islands and ice in wind wave models // Ocean Modelling. 2003. Vol. 5. No. 3. P. 219–231. DOI:10.1016/S1463-5003(02)00040-9.
- Wadhams P., Squire V.A., Goodman D.J., Cowan A.M., Moore S.C. The attenuation rates of ocean waves in the marginal ice zone // J. Geophys. Res. 1988. Vol. 93. No. C6. P. 6799–6818. DOI: 10.1029/JC093iC06p06799.
- Williams T.D., Bennetts L.G., Squire V.A., Dumont D., Bertino L. Wave–ice interactions in the marginal ice zone. Part 2: Numerical implementation and sensitivity studies along 1D transects of the ocean surface // Ocean Modelling. 2013. Vol. 71. P. 92–101. DOI: 10.1016/j.ocemod.2013.05.011.