Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 9-18
Методика сравнения данных расчёта волновой модели WAVEWATCH III с данными радиолокатора Ka-диапазона
М.А. Панфилова
1 , А.М. Кузнецова
1 , Г.А. Байдаков
1, 2 , Ю.И. Троицкая
1 , В.Ю. Караев
1 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Институт физики атмосферы им. Обухова РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 28.10.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-9-18
Проведено численное моделирование волнения в Персидском заливе при помощи модели WAVEWATCH III для двух различных функций источника. Для моделирования был выбран типичный для зимнего сезона день со стабильным северо-западным ветром. Проведено сравнение дисперсии уклонов, полученной по данным радиолокатора Ka-диапазона на спутнике GPM, с дисперсией уклонов по модельному спектру для нескольких стадий формирования волнения. Радиолокатор работает при малых углах падения, и дисперсия уклонов по его данным вычисляется в рамках приближения Кирхгофа. Сравнение осложнено тем, что в дисперсию уклонов по данным Ka-диапазона существенный вклад вносит часть спектра с длинами волн дециметрового диапазона и короче, а самая короткая длина волны в спектре по модели WAVEWATCH III составляет порядка метра. Излагаемая в работе методика расчёта дисперсии уклонов заключается в интегрировании составного спектра, длинноволновая часть которого рассчитана по модели WAVEWATCH III, а спадающая часть на высоких частотах взята из модели спектра волнения. Таким образом, предложен новый метод валидации модели волнения по спутниковым данным, где в качестве параметра для сравнения выступает дисперсия уклонов.
Ключевые слова: численное моделирование волнения, параметризации, радиолокатор Ka диапазона, дисперсия уклонов
Полный текстСписок литературы:
- Фарджами Х., Голубкин П. А., Кудрявцев В. Н. Развитие ветровых волн в прибрежных зонах при переменных ветрах на примере Персидского залива и Аравийского моря // Ученые записки Российского гос. гидрометеоролог. ун та. 2016. Вып. 44. С. 121–128.
- Ardhuin F., Rogers E., Babanin A., Filipot J.-F., Magne R., Roland A., Van der Westhuysen A., Queffeulou P., Lefevre J.-M., Aouf L., Collard F. Semiempirical dissipation source functions for ocean waves: Part I, definitions, calibration and validations // J. Physical Oceanography. 2010. V. 40(9). P. 1917–1941.
- Bi F., Song J., Wu K., Xu Y. Evaluation of the simulation capability of the Wavewatch III model for Pacific Ocean wave // Acta Oceanologica Sinica. 2015. V. 34. P. 43–57.
- Chen P., Zheng G., Hauser D., Xu F. Quasi-Gaussian probability density function of sea wave slopes from near nadir Ku-band radar observations // Remote Sensing of Environment. 2018. V. 217. P. 86–100.
- Chu P. C., Qi Y., Chen Y., Shi P., Mao Q. South China Sea Wind-Wave Characteristics. Part I: Validation of Wavewatch-III Using TOPEX/Poseidon Data // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2004. V. 21. P. 1718–1733.
- Chu X., He Y., Chen G. Asymmetry and anisotropy of microwave backscatter at low incidence angles // Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 10. P. 4014–4024.
- Cox C., Munk W. Measurement of the roughness of the sea surface from photographs of the sun’s glitter // J. Optical Society of America. 1954. V. 44. P. 838–850.
- Elfouhaily T., Chapron B., Katsaros K., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves // J. Geophysical Research. 1997. V. 102(C7). P. 15781–15796.
- Farjami H., Golubkin P., Chapron B. Surveying sea surface effect in satellite altimeter-derived wind speed // Intern. J. Coastal and Offshore Engineering. 2016. V. 2. URL: http://ijcoe.org/article-1-73-en.html.
- Husson R. Development and validation of a global observation-based swell model using wave mode operating Synthetic Aperture Radar: Doctoral Thesis. 2012. 275 p.
- Hwang P. A., Fois F. Surface roughness and breaking wave properties retrieved from polarimetric microwave radar backscattering // J. Geophysical Research: Oceans. 2015. V. 120. P. 3640–3657.
- Kamranzad B., Etemad-Shahidi A., Chegini V. Assessment of wave energy variation in the Persian Gulf // Ocean Engineering. 2013. V. 70. P. 72–80.
- Kazeminezhad M. H., Siadatmousavi S. M. Performance evaluation of WAVEWATCH III model in the Persian Gulf using different wind resources // Ocean Dynamics. 2017. V. 67. P. 839–855.
- 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. 2003. V. 108(C3). 8054.
- Lin S., Sheng J., Xing J. Performance Evaluation of Parameterizations for Wind Input and Wave Dissipation in the Spectral Wave Model for the Northwest Atlantic Ocean // Atmosphere-Ocean. 2020. V. 58. No. 4. P. 258–286.
- Liu Q., Rogers W. E., Babanin A., Young I. R. Observation-based source terms in the third-generation wave model WAVEWATCH III: Updates and verification // J. Physical Oceanography. 2019. V. 49(2). P. 489–517.
- Long Ch. E., Resio D. T. Wind wave spectral observations in currituck sound, North Carolina // J. Geophysical Research: Oceans. 2007. V. 112. Iss. C5. CiteID C05001.
- Myslenkov S., Chernysheva A., Comparing wave heights simulated in the Black sea by SWAN model with satellite data and direct wave measurements // Russian J. Earth Sciences. 2016. V. 16. ES5002. 12 p.
- Panfilova M. A., Karaev V. Y., Guo J. Oil Slick Observation at Low Incidence Angles in Ku-Band // J. Geophysical Research: Oceans. 2018. V. 123. No. 3. P. 1924–1036.
- Ponce de León S., Bettencourt J. H., Dias F. Comparison of numerical hindcasted severe waves with Doppler radar measurements in the North Sea // Ocean Dynamics. 2017. V. 67. P. 103–115.
- Rakha K., Al-Salem K., Neelamani S. Hydrodynamic Atlas for the Arabian Gulf // J. Coastal Research. 2007. Iss. 50. P 50–554.
- Ray R. D., Beckley B. D. Simultaneous ocean wave measurements by the Jason and Topex satellites, with buoy and model comparisons special issue: Jason-1 calibration/validation // Marine Geodesy. 2003. V. 26(3–4). P. 367–382.
- Ryabkova M., Karaev V., Guo J., Titchenko Y. A review of wave spectrum models as applied to the problem of radar probing of the sea surface // J. Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124. P. 7104–7134.
- Sangalungembe C., Luhunga Ph. M., Kijazi A. L. Validation of operational WAVEWATCH III wave model against satellite altimetry data over South West Indian Ocean off-coast of Tanzania // Applied Physics Research. 2018. V. 10(4). P. 55–65.
- The WAVEWATCH III® Development Group (WW3DG). User manual and system documentation of WAVEWATCH III R version 5.16. Tech. Note 329. NOAA/NWS/NCEP/MMAB. College Park, MD, USA, 2016. 361 p. URL: https://polar.ncep.noaa.gov/waves/wavewatch/manual.v5.16.pdf.
- Van Vledder G.Ph., Hulst S. Th. C., McConochie J. D. Source term balance in a severe storm in the Southern North Sea // Ocean Dynamics. 2016. V. 66. P. 1681–1697.
- Wang D., Rogers E. Validation of global WAVEWATCH III hindcasts using merged altimeter data. 2013. URL: http://globwave.ifremer.fr/tools/case-studies-tutorials/validation-of-global-wavewatch-iii-hindcasts-using-merged-altimeter-data.
- Yurovskaya M. V., Dulov V. A., Chapron B., Kudryavtsev V. N. Directional short wind wave spectra derived from the sea surface photography // J. Geophysical Research: Oceans. 2013. V. 118. P. 1–15.