Архив
Том 21, 2024
Том 20, 2023
Том 19, 2022
Том 18, 2021
Том 17, 2020
Том 16, 2019 г.
Том 15, 2018 г.
Том 14, 2017 г.
Том 13, 2016 г.
Том 12, 2015 г.
Том 11, 2014 г.
Том 10, 2013 г.
Том 9, 2012 г.
Том 8, 2011 г.
Том 7, 2010 г.
Выпуск 6, 2009 г.
Выпуск 5, 2008 г.
Выпуск 4, 2007 г.
Выпуск 3, 2006 г.
Выпуск 2, 2005 г.
Выпуск 1, 2004 г.
Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
Ваш e-mail:
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. 2023. Т. 20. № 2. С. 216-225

Измерение скорости ветровой ряби на профиле длинной волны с применением метода стереосъёмки

Н.А. Богатов 1 , И.А. Капустин 1 , А.А. Мольков 1 , А.В. Ермошкин 1 
1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 12.04.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-2-216-225
Стереосъёмка морской поверхности — одно из эффективных средств дистанционного измерения параметров ветровых волн с длиной волны от полуметра и более. В настоящей статье предложен новый метод, использующий серию стереокадров для измерения поля скоростей коротких ветровых волн на профиле длинной энергонесущей волны. Представленный метод основывается на выделении характерных структур (гравитационно-капиллярных волн, обрушений, пены и т. п.) на длинной волне, определении их смещения между двумя соседними кадрами аналогично методике Particle Imaging Velocimetry и пересчёте смещений из координат кадра в трёхмерные координаты посредством проекции на профиль длинной волны, полученный с помощью стереосъёмки. Предложенный метод был успешно апробирован на данных стереосъёмки морской поверхности, проводимой в рамках научной экспедиции на стационарной океанографической платформе в Чёрном море в 2021 г. Полученные с помощью метода результаты находятся в хорошем согласии с существующими представлениями о ветровом волнении, а также с результатами контактных измерений. Экспериментально получена угловая зависимость спектра ветровой ряби и пространственный спектр ветрового волнения в широком диапазоне волновых чисел. Результаты вычисления скорости ветровой ряби продемонстрировали высокие значения коэффициента корреляции с возвышением морской поверхности, что говорит о модуляции скорости коротких волн орбитальными скоростями длинных волн. Оценены ошибки метода и перспективы для дальнейшего развития.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, ветровые волны, стереосъёмка, брэгговские волны, доплеровский сдвиг
Полный текст

Список литературы:

  1. Баханов В. В., Демакова А. А., Кориненко А. Е., Рябкова М. С., Титов В. И. Оценка спектров ветровых волн с длинами от сантиметров до метра по изображениям поверхности моря // Морской гидрофиз. журн. 2018. Т. 34. № 3. С. 192–205. DOI: 10.22449/0233-7584-2018-3-192-205.
  2. Ермошкин А. В., Капустин И. А., Мольков А. А., Богатов Н. А. Определение скорости течения на морской поверхности доплеровским радиолокатором X-диапазона // Фундам. и приклад. гидрофизика. 2020. Т. 13. № 3. С. 93–103. DOI: 10.7868/S2073667320030089.
  3. Косник М. В., Дулов В. А. Двумерные пространственные спектры коротких ветровых волн в натурных условиях // Экол. безопасность прибреж. и шельфовой зон и комплекс. использование ресурсов шельфа. 2010. Т. 21. С. 103–116.
  4. Мольков А. А., Долин Л. С. Определение характеристик ветрового волнения по подводному изображению морской поверхности // Изв. Российской акад. наук. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48. № 5. С. 617–630.
  5. Сергиевская И. А., Ермаков С. А., Плотников Л. М., Капустин И. А., Ермошкин А. В. Об определении скоростей течений при микроволновом зондировании морской поверхности при умеренных углах падения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 212–222. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-212-222.
  6. Banner M., Jones S., Trinder J. Wavenumber spectra of short gravity waves // J. Fluid Mechanics. 1989. V. 198. P. 321–344. DOI: 10.1017/S0022112089000157.
  7. Benetazzo A. Measurements of short water waves using stereo matched image sequences // Coastal Engineering. 2006. V. 53. No. 12. P. 1013–1032. DOI: 10.1016/j.coastaleng.2006.06.012.
  8. Chapron B., Collard F., Ardhuin F. Direct measurements of ocean surface velocity from space: Interpretation and validation // J. Geophysical Research. 2005. V. 110. Art. No. C07008. DOI: 10.1029/2004JC002809.
  9. Donelan M. A., Drennan W. M., Magnusson A. K. Nonstationary analysis of the directional properties of propagating waves // J. Physical Oceanography. 1996. V. 26(9). P. 1901–1914. DOI: 10.1175/1520-0485(1996)026<1901:NAOTDP>2.0.CO;2.
  10. Elyouncha A., Eriksson L. E. B., Romeiser R., Ulander L. M. H. Empirical Relationship Between the Doppler Centroid Derived From X-Band Spaceborne InSAR Data and Wind Vectors // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2022. V. 60. P. 1–20. DOI: 10.1109/TGRS.2021.3066106.
  11. Ermoshkin A., Kapustin I. Estimation of the wind-driven wave spectrum using a high spatial resolution coherent radar // Russian J. Earth Sciences. 2019. V. 19. Art. No. ES1005. DOI: 10.2205/2019ES000662.
  12. Ermoshkin A. V., Kosteev D. A., Ponomarenko A. A., Razumov D. A., Salin M. B. Surface Waves Prediction Based on Long-Range Acoustic Backscattering in a Mid-Frequency Range // J. Marine Science and Engineering. 2022. V. 10. No. 6. Art. No. 722. DOI: 10.3390/jmse10060722.
  13. Jähne B., Schmidt M., Rocholz R. Combined optical slope/height measurements of short wind waves: principle and calibration // Measurement Science and Technology. 2005. V. 16. No. 10. P. 1937–1944. DOI: 10.1088/0957-0233/16/10/008.
  14. Kaehler A., Bradski G. Learning OpenCV 3: Computer Vision in C++ with the OpenCV. O’Reilly Media, Inc., 2016. 1024 p.
  15. Raffel M., Willert C. E., Scarano F., Kähler C. J., Wereley S. T., Kompenhans J. Particle Image Velocimetry: A Practical Guide. Springer, 2018. 695 p.
  16. Shemdin O., Tran H. Measuring Short Surface Waves with Stereography // Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 1992. V. 58. P. 311–316.
  17. Valenzuela G. Theories for the interaction of electromagnetic and oceanic waves — a review // Boundary Layer Meteorology. 1978. V. 13. P. 61–85.
  18. Yurovskaya M., Dulov V., Chapron B., Kudryavtsev V. Directional short wind wave spectra derived from the sea surface photography // J. Geophysical Research. 2013. V. 118. No. 9. P. 4380–4394. DOI: 10.13140/2.1.1685.6641.
  19. Yurovsky Y. Yu., Kudryavtsev V. N., Grodsky S. A., Chapron B. Sea Surface Ka-Band Doppler Measurements: Analysis and Model Development // Remote Sensing. 2019. V. 11. Art. No. 839. DOI: 10.3390/rs11070839.