Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
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. 2019. Т. 16. № 6. С. 51-59

Восстановление параметров приводного пограничного слоя в тропическом циклоне на основе совмещения данных падающих GPS-зондов и спутниковых радиолокационных изображений

О.С. Ермакова 1 , Д.А. Сергеев 1 , Г.Н. Баландина 1 , Н.С. Русаков 1 , Е.И. Поплавский 1 , Ю.И. Троицкая 1 
1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 06.09.2019
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-6-51-59
Работа посвящена исследованию зависимости характеристик рассеянного микроволнового сигнала со спутника Sentinel-1 на перекрёстной поляризации от параметров приводного слоя атмосферы на основе данных, полученных с падающих GPS-зондов NOAA при неблагоприятных погодных условиях в интересах разработки геофизической модельной функции. Были проанализированы натурные измерения и данные дистанционного зондирования для ураганов в Атлантическом бассейне. На основе анализа данных, измеренных GPS-зондами, были получены средние профили скорости ветра, при этом параметры ветрового пограничного слоя (параметр шероховатости и динамическая скорость (скорость трения ветра)) были восстановлены с использованием свойства автомодельности профилей скорости по измерениям в «следной» их части. Профили скорости ветра для ураганов Ирма (07.09.2017) и Мария (21.09.2017, 23.09.2017), измеренные во время, близкое к моменту получения спутниковых РСА-изображений, были использованы для их калибровки как по скорости приводного ветра, так и по динамической скорости (скорости трения). Это позволило получить зависимость удельной эффективной площади рассеяния сигнала на перекрёстной поляризации, отражённого от морской поверхности, от динамической скорости ветрового потока.
Ключевые слова: рассеяние радиоволн на морской поверхности, согласованная и ортогональная поляризация, шторм, ураган, микроволновое дистанционное зондирование, поляризация, пограничные слои атмосферы и океана, скорость ветра, касательное турбулентное напряжение ветра
Полный текст

Список литературы:

  1. Ермакова О. С., Сергеев Д. А., Баландина Г. Н., Русаков Н. С., Поплавский Е. И., Троицкая Ю. И. Восстановление параметров приводного пограничного слоя в тропическом циклоне по данным падающих GPS-зондов // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 301–309.
  2. Троицкая Ю. И., Абрамов В. И., Ермошкин А. В., Зуйкова Э. М., Казаков В. И., Сергеев Д. А., Кандауров А. А., Ермакова О. С. О восстановлении турбулентного потока импульса в пограничном слое атмосферы при сильном и ураганном ветре по измерениям сечения рассеяния СВЧ радиоволн поверхностью моря на ортогональной поляризации // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 6. С. 63–74. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-6-63-74.
  3. Donelan M. A., Haus B. K., Reul N., Plant W. J., Stiassnie M., Graber H. C., Brown O. B., Saltzman E. S. On the limiting aerodynamic roughness of the ocean in very strong winds // Geophysical Research Letters. 2004. V. 31. L18306. DOI: 10.1029/2004GL019460.
  4. 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. Geophysical Research. 1999. V. 104. P. 11485–11497. DOI: 10.1029/1998JC900030.
  5. FernandezD., Carswell J. R., Frasier S., Chang P. S., Black P. G., Marks F. D. Dual-polarized C- and Ku-band ocean backscatter response to hurricane-force winds // J. Geophysical Research. 2006. V. 111. C08013. DOI: 10.1029/2005JC003048.
  6. Foreman R. J., Emeis S. Revisiting the Definition of the Drag Coefficient in the Marine Atmospheric Boundary Layer // J. Physical Oceanography. 2010. V. 40. P. 2325–2332. DOI: 10.1175/2010JPO4420.1.
  7. Hersbach H., Stoffelen A., de Haan S. An improved C-band scatterometer ocean geophysical model function: CMOD5 // J. Geophysical Research. 2007. V. 112. C03006. DOI: 10.1029/2006JC003743.
  8. Hinze J. O. Turbulence: An Introduction to its Mechanism and Theory. N. Y.: McGraw-Hill, 1959. 586 p. DOI: 10.1021/ed037pA556.
  9. Holthuijsen L. H., Powell M. D., Pietrzak J. D. Wind and waves in extreme hurricanes // J. Geophysical Research: Oceans. 2012. V. 117. C09003. DOI: 10.1029/2012JC007983.
  10. Horstmann J., Thompson D. R., Monaldo F., Iris S., Graber H. C. Can synthetic aperture radars be used to estimate hurricane force winds? // Geophysical Research Letters. 2005. V. 32. L22801. DOI: 10.1029/2005GL023992.
  11. Liu W. T., Xie X. Sea surface wind/stress vector // Encyclopedia of Remote Sensing. N. Y.: Springer, 2014. P. 759–67. DOI: 10.1007/978-0-387-36699-9.
  12. Powell M. D., Vickery P. J., Reinhold T. A. Reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones // Nature. 2003. V. 422. P. 279–283. DOI: 10.1038/nature01481.
  13. Reppucci A., Lehner S., Schulz-Stellenfleth J., Yang C. S. Extreme wind conditions observed by satellite synthetic aperture radar in the North West Pacific // Intern. J. Remote Sensing. 2008. V. 29. P. 6129–6144. DOI: 10.1080/01431160802175504.
  14. Shen H., Perrie W., He Y. A new hurricane wind retrieval algorithm for SAR images // Geophysical Research Letters. 2006. V. 33. L21812. DOI: 10.1029/2006GL027087.
  15. Stiles B. W., Dunbar R. S. A neural network technique for improving the accuracy of scatterometer winds in rainy conditions // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2010. V. 48. P. 3114–3122. DOI: 10.1109/TGRS.2010.2049362.
  16. Troitskaya Y., Ermoshkin A., Zuikova E., Kazakov V., Sergeev D., Kandaurov A., Ermakova O., Abramov V. Laboratory study of cross-polarized radar return under gale-force wind conditions // Intern. J. Remote Sensing. 2016. V. 37. No. 9. P. 1981–1989. DOI: 10.1080/01431161.2016.1160301.
  17. Vachon P. W., Wolfe J. C-band cross-polarization wind speed retrieval // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2011. V. 8. No. 3. P. 456–459. DOI: 10.1109/LGRS.2010.2085417.
  18. van Zadelhoff G.-J., Stoffelen A., Vachon P. W., Wolfe J., Horstmann J., Rivas M. B. Scatterometer Hurricane Wind Speed Retrievals Using Cross Polarization // Atmospheric Measurement Techniques Discussions. 2013. V. 7. No. 2. P. 7945–7984. DOI: 10.5194/amtd-6-7945-2013.
  19. Williams B. A., Long D. G. Estimation of hurricane winds from SeaWinds at ultrahigh resolution // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2008. V. 46. P. 2924–2935. DOI: 10.1109/TGRS.2008.924096.
  20. Yueh S., Stiles B. W., Liu W. T. QuikSCAT wind retrievals for tropical cyclones // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2003. V. 41. P. 2616–2628. DOI: 10.1109/TGRS.2003.814913.
  21. Zhang B., Perrie W. Cross-polarized synthetic aperture radar: A new potential measurement technique for hurricanes // Bull. American Meteorological Society. 2012. V. 93. No. 4. P. 531–541. DOI: 10.1175/BAMS-D-11-00001.1.