Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 7. С. 131-140
Об определении температуры и солёности морской воды средствами активного зондирования океана
1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
Одобрена к печати: 19.11.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-7-131-140
Известные ограничения в использовании микроволновых радиометров для дистанционного определения физико-химических характеристик (температуры и солёности) морской воды требуют разработки новых подходов к решению этой задачи. В настоящей работе анализируется возможность измерения температуры и солёности приповерхностного слоя океана средствами активного радиозондирования. Основным фактором, препятствующим реализации этого подхода, является зависимость рассеянного радиосигнала от меняющегося в широких пределах уровня спектральной плотности резонансных поверхностных волн. Вызванные изменением спектральной плотности резонансных волн изменения радиосигнала происходят в значительно более широких пределах, чем изменения, вызванные вариациями температуры или солёности. Для уменьшения влияния этого фактора на результаты измерений предложено использовать поляризационное отношение. Показано, что чувствительность поляризационного отношения к изменениям температуры и солёности имеет тот же порядок, что и чувствительность к этим параметрам данных радиометрических измерений. Поляризационное отношение также подвержено влиянию изменений уровня шероховатости морской поверхности. На него влияют вариации локального угла падения, вызванные присутствием поверхностных волн, длина которых много больше длины резонансных волн. Показано, что изменения скорости ветра, определяющие характеристики шероховатости морской поверхности, примерно в равной мере влияют на поляризационное отношение и радиояркостную температуру.
Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли, активное радиозондирование, радиометрические измерения, морская поверхность, обратные задачи
Полный текстСписок литературы:
- Арманд Н. А., Тищенко Ю. Г., Саворский В. П., Смирнов М. Т., Аблязов В. С., Халдин А. А. Перспективные космические проекты с СВЧ-радиометрическими системами L-диапазона // Исследование Земли из космоса. 2010. № 1. С. 20–26.
- Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972. 424 с.
- Данилычев М. В., Николаев А. Н., Кутуза Б. Г. Использование метода Кирхгофа для практических расчетов в микроволновой радиометрии взволнованной морской поверхности // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 8. С. 915–925.
- Данилычев М. В., Кутуза Б. Г., Калошин В. А., Мошков А. В. Использование радиометрии СВЧ-диапазона для измерения солености поверхностных вод Мирового океана // Журн. радиоэлектроники. 2015. № 1. С. 1–13.
- Заболотских Е. В., Митник Л. М., Шапрон Б. Ж.А., Анискина О. Г., Смирнова Ю. Е., Дикинис А. В. Улучшенные модели поглощения атмосферы и излучения океана в диапазоне 5–100 ГГц для расчета яркостных температур системы океан-атмосфера // Ученые записки Российского гос. гидрометеоролог. ун-та. 2013. № 29. С. 169–182.
- Запевалов А. С., Лебедев Н. Е. Моделирование статистических характеристик поверхности океана при дистанционном зондировании в оптическом диапазоне // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 1. С. 28–33.
- Запевалов А. С., Показеев К. В., Пустовойтенко В. В. О предельной точности альтиметрического определения скорости приводного ветра // Исследование Земли из космоса. 2006. № 3. С. 49–54.
- Караев В. Ю., Панфилова М. А., Баландина Г. Н., Чу К. Восстановление дисперсии наклонов крупномасштабных волн по радиолокационным измерениям в СВЧ-диапазоне // Исследование Земли из космоса. 2012. № 4. С. 62–77.
- Кузьмин А. В., Репина И. А., Садовский И. Н., Селунский А. Б. Микроволновые радиометрические исследования морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 76–97.
- Поспелов М. Н. Применение поляризационной радиометрии в дистанционном зондировании: история и перспективы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Вып. 1. Т. 1. С. 58–69.
- Поспелов М. Н., Горячкин Ю. А., Комарова Н. Ю., Кузьмин А. В., Репина И. А., Ситнянский Б. Д., Смирнов М. Т. Комплексный радиофизический эксперимент по дистанционному зондированию морской поверхности CAPMOS’05 // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007. Вып. 4. Т. 1. С. 337–348.
- Садовский И. Н. Поляризационные радиотепловые методы в исследованиях параметров морского волнения: дис. … канд. физ.-мат. наук. Москва, 2007. 184 с.
- Терехин Ю. В., Пустовойтенко В. В. Влияние температуры и солености морской воды на характеристики радиолокационного сигнала СВЧ-диапазона // Исследование Земли из космоса. 1986. № 2. С. 16–21.
- Blume H. J. C., Kendall B. M., Fedors J. C. Measurement of ocean temperature and salinity via microwave radiometry // Boundary-Layer Meteorology. 1978. No. 13. P. 295–308.
- Chen P., Yin Q., Huang P. Effect of non-Gaussian properties of the sea surface on the low-incidence radar backscatter and its inversion in terms of wave spectra by an ocean wave // Chinese J. Oceanology and Limnology. 2015. V. 33. No. 5. P. 1142–1156.
- Cox C., Munk W. Measurements of the roughness of the sea surface from photographs of the sun glitter // J. Optical Society of America. 1954. V. 44. No. 11. P. 838–850.
- Hejazin Y., Jones W. L., Santos-Garcia A., Jacob M. M., El-Nimri S. F. A roughness correction for aquarius sea surface salinity using the CONAE microwave radiometer // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2015. V. 8. No. 12. P. 5500–5510.
- Klemas V. Remote sensing of sea surface salinity: an overview with case studies // J. Coastal Research. 2011. V. 27. No. 5. P. 830–838.
- 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. Geophysical Research. 2002. V. 107. No. C3. 8054. DOI: 10.1029/2001JC001003.
- Meissner T., Wentz F. An updated analysis of the ocean surface wind direction signal in passive microwave brightness temperatures // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2002. V. 40. No. 6. P. 1230–1240.
- Meissner T., Wentz F. J. The complex dielectric constant of pure and sea water from microwave satellite observations // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2004. V. 42. No. 9. P. 1836–1849.
- Moore R. K., Pierson W. J. Measuring sea state and estimating surface winds from a polar orbiting satellite // Proc. Intern. Symp. Electromagnetic Sensing of the Earth from Satellites. Miami Beach, FL. 1966. P. R1–R28.
- Plant J. W. A stochastic, multiscale model of microwave backscatter from the ocean // J. Geophysical Research. 2002. V. 107. No. C9. 3120. DOI: 10.1029/2001JC000909.
- Valenzuela G. Theories for the interaction of electromagnetic and ocean waves ― A Review // Boundary Layer Meteorology. 1978. V. 13. No. 1–4. P. 61–85.
- Wilheit T. T. A Model for the Microwave Emissivity of the Ocean’s Surface as a Function of Wind Speed // IEEE Trans. Geoscience Electronics. 1979. V. 7. No. 4. P. 244–249.
- Wu B. H., Wang X., Ma H., Li S. Sensitivity Analysis of ocean microwave radiation characteristics // Advanced Materials Research. 2013. V. 726–731. P. 4718–4722.
- Zapevalov A. S. Bragg scattering of centimeter electromagnetic radiation from the sea surface: The effect of waves longer than Bragg components // Izvestiya ― Atmospheric and Ocean Physics. 2009. V. 45. Iss. 2. P. 253–261.