Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 2. С. 251-257
Определение функции углового распределения энергии гравитационно-капиллярных волн по данным дистанционного зондирования в СВЧ-диапазоне
1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
Одобрена к печати: 09.03.2021
DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-2-251-257
Анализируются возможности и ограничения построения функции углового распределения энергии гравитационно-капиллярных волн по данным дистанционного зондирования в СВЧ диапазоне. Анализ проводится в рамках двухмасштабной модели резонансного (брегговского) рассеяния радиоволн на шероховатой поверхности. Основным физическим фактором, искажающим расчётную функцию углового распределения энергии, является присутствие длинных, по сравнению с резонансными, волн. Вследствие этого резонансные волны распространяются по криволинейной поверхности, что, в свою очередь, приводит к изменению локального угла падения. Численные оценки эффектов, создаваемых длинными волнами, получены для случая, когда зондирование проводится в С-диапазоне. Показано, что присутствие длинных волн приводит к более узконаправленному распределению волновой энергии, чем реальное распределение гравитационно-капиллярных волн. Данный эффект при зондировании на вертикальной поляризации проявляется сильнее, чем на горизонтальной. С ростом угла падения влияние длинных волн на расчётные значения функции углового распределения быстро уменьшается. Эффект длинных волн необходимо учитывать при средних и высоких скоростях ветра.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, резонансное рассеяние, морская поверхность, угловое распределение энергии, уклон, длинные волны
Полный текстСписок литературы:
- Запевалов А. С. Моделирование брегговского рассеяния электромагнитного излучения сантиметрового диапазона морской поверхностью. Влияние волн более длинных, чем брегговские составляющие // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45. № 2. С. 266–275.
- Запевалов А. С. Влияние асимметрии и эксцесса распределения возвышений взволнованной морской поверхности на точность альтиметрических измерений ее уровня // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48. № 2. С. 224–231.
- Запевалов А. С. Определение статистических моментов уклонов морской поверхности оптическими сканерами // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 9. С. 789–793.
- Запевалов А. С. Распределение дисперсии уклонов морской поверхности по пространственным диапазонам, создающих их волн // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 211–219.
- Караев В. Ю., Каневский М. Б., Мешков Е. М., Титов В. И., Баландина Г. Н. Измерение дисперсии наклонов водной поверхности радиолокационными методами: проверка алгоритмов // Изв. высш. учеб. заведений. Радиофизика. 2008. Т. 51. № 5. С. 399–412.
- Монин А. С., Красицкий В. П. Явления на поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 375 с.
- Apel J. R. An improved model of the ocean surface wave vector spectrum and its effects on radar backscatter // J. Geophysical Research. 1994. V. 99. No. C8. P. 16269–16291.
- Bakhanov V. V., Demakova A. A., Korinenko A. E., Ryabkova M. S., Titov V. I. Estimation of the wind wave spectra with centimeters-to-meter lengths by the sea surface images // Physical Oceanography. 2018. No. 3. pp. 177–190. URL: http://physical-oceanography.ru/repository/2018/3/2.html.
- 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.
- Gómez-Enri J., Gommenginger C. P., Srokosz M. A., Challenor P. G. Measuring global ocean wave skewness by retracking RA-2 Envisat waveforms // J. Atmospheric Oceanic Technology. 2007. V. 24. P. 1102–1116.
- 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. No. C3. Art. No. 8054. 24 p. DOI: 10.1029/2001JC001003.
- Plant W. J. A two-scale model of short wind generated waves and scatterometry // J. Geophysical Research. 1986. V. 91. No. С9. P. 10735–10749.
- Queffeulou P. Long-term validation of wave height measurements from altimeters // Marine Geodesy. 2004. V. 27. P. 495–510.
- Stopa J. E., Ardhuin F., Chapron B., Collard F. Estimating wave orbital velocity through the azimuth cutoff from space-borne satellites // J. Geophysical Research: Oceans. 2015. V. 120. No. 11. P. 7616–7634.
- Thompson D., Elfouhaily T., Chapron B. Polarization ratio for microwave backscattering from the ocean surface at low to moderate incidence angles // IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS’98): Proc. Seattle, USA. 1998. V. 3. P. 1671–1673. DOI: 10.1109/IGARSS.1998.692411.
- 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.
- Zhou X., Chong J., Bi H., Yu X., Shi Y., Ye X. Directional spreading function of the gravity-capillary wave spectrum derived from radar observations // Remote Sensing. 2017. V. 9. No. 4. P. 361.