Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 6. С. 309-319
Натурные исследования угловых зависимостей третьего параметра Стокса излучения морской поверхности на частоте 37 ГГц
Д.С. Сазонов
1 , И.Н. Садовский
1 , А.В. Кузьмин
1 , Е.В. Пашинов
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 18.11.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-6-309-319
Выполнен анализ новых экспериментальных измерений азимутальных вариаций микроволнового излучения взволнованной водной поверхности. Экспериментальные данные получены с помощью микроволновых радиометров с рабочей частотой ~37 ГГц (длина волны ~8 мм) на океанографической платформе Черноморского гидрофизического полигона РАН в период с 19 сентября по 6 октября 2023 г. Измерения азимутальных зависимостей (в диапазоне от 73 до 251°) выполнялись на углах: 10, 25, 40, 55, 65° от надира. Из всего набора экспериментальных данных были отобраны только те, которые соответствовали стабильному направлению ветра при скорости более 10 м/с. Третий параметр Стокса вычислялся как разница яркостной температуры, полученной на поляризации, повёрнутой на +45 и –45° относительно вертикальной. Предварительно выполнялась операция внешней калибровки по излучению абсолютно чёрного тела и излучению небосвода. Угол анизотропии вычислялся как разница между направлением ветра (измеряемым метеокомплексом) и направлением визирования. Полученные угловые зависимости сравнивались с моделью переноса излучения, используемой при анализе спутниковых измерений. Показано, что измеренные азимутальные зависимости третьего параметра Стокса описываются в рамках модельного приближения лишь частично. В качестве основной причины наблюдаемых расхождений следует указать существенные ограничения рассматриваемой модели в условиях неразвитого волнения. Результаты эксперимента пополнят банк данных, используемый для модернизации развиваемой в Институте космических исследований РАН двухмасштабной модели формирования излучения.
Ключевые слова: азимутальная анизотропия, эксперимент, дистанционное зондирование, радиояркостная температура, микроволновое излучение, моделирование, МТВЗА-ГЯ
Полный текстСписок литературы:
- Анискович В. М., Кузьмин А. В., Сазонов Д. С., Хайкин В. Б. Радиометр-поляриметр диапазона 0,8 см для натурных и лабораторных измерений // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 213–223. DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-213-223.
- Барсуков И. А., Болдырев В. В., Гаврилов М. И. и др. Спутниковая СВЧ-радиометрия для решения задач дистанционного зондирования Земли // Ракетно-косм. приборостроение и информ. системы. 2021. Т. 8. Вып. 1. C. 11–23. DOI: 10.30894/issn2409-0239.2021.8.1.11.23.
- Беспалова Е. А., Веселов В. М., Гершензон В. Е., Милицкий Ю. А., Мировский В. Г., Покровская И. В., Раев М. Д., Сёмин А. Г., Смирнов Н. К., Скачков В. А., Трохимовский Ю. Г., Хапин Ю. Б., Чистяков В. Н., Шарков Е. А., Эткин В. С. Об определении скорости приповерхностного ветра по измерениям поляризационной анизотропии собственного и рассеянного СВЧ-излучения // Исслед. Земли из космоса. 1982. № 1. С. 87–94.
- Гречко С. И., Ирисов В. Г., Кузьмин А. В., Трохимовский Ю. Г., Эткин В. С. Характеристики собственного СВЧ-излучения морской поверхности на настильных углах наблюдения: Препринт Пр-1729. М.: ИКИ РАН, 1991. 41 с.
- Ирисов В. Г., Кузьмин А. В., Трохимовский Ю. Г., Эткин В. С. Азимутальные зависимости собственного СВЧ-излучения поверхности океана на настильных углах наблюдения // Исслед. Земли из космоса. 1990. № 6. С. 79–86.
- Кузьмин А. В., Стерлядкин В. В. Юстировка и измерение углов поляризаций в микроволновых радиометрах // Приборы и техника эксперимента. 2024 (в печати).
- Кузьмин А. В., Горячкин Ю. А., Ермаков Д. М., Ермаков С. А., Комарова Н. Ю., Кузнецов А. С., Репина И. А., Садовский И. Н., Смирнов М. Т., Шарков Е. А., Чухарев А. М. Морская гидрографическая платформа «Кацивели» как подспутниковый полигон на Черном море // Исслед. Земли из космоса. 2009. № 1. С. 31–44.
- Садовский И. Н. Третий параметр Стокса собственного излучения взволнованной морской поверхности. Теория и эксперимент // Материалы 18-й Всероссийской открытой конф. с международ. участием «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». М.: ИКИ РАН, 2020. С. 243. DOI: 10.21046/18DZZconf-2020a.
- Сазонов Д. С. Многопараметрическая модель радиотеплового излучения взволнованной морской поверхности: анализ спутниковой информации и надводных измерений: дис. … канд. физ.-мат. наук. М., 2018. 135 с.
- Сазонов Д. С., Кузьмин А. В., Садовский И. Н. Экспериментальные исследования зависимости интенсивности радиотеплового излучения взволнованной морской поверхности от скорости приводного ветра // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 1–2. С. 25–34. DOI: 10.7868/S0205961416010127.
- Сазонов Д. С., Кузьмин А. В., Садовский И. Н. Азимутальная зависимость микроволнового излучения водной поверхности на основе дистанционных измерений на Черном море // Исслед. Земли из космоса. 2018. № 3. С. 29–40. DOI: 10.7868/S0205961418030028.
- Стерлядкин В. В., Куликовский К. В. Измерение капиллярных волн лазерным волнографом // Russian Technological J. 2022. Т. 10. № 5. С. 100–110. DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-5-100-110.
- Gaiser P. W., St. Germain K. M., Twarog E. M. et al. The WindSat space borne polarimetric microwave radiometer: sensor description and early orbit performance // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 2004. V. 42. No. 11. P. 2347–2361. DOI: 10.1109/TGRS.2004.836867.
- Irisov V. G., Kuzmin A. V., Pospelov M. N., Trokhimovski Yu. G., Etkin V. S. The dependence of sea brightness temperature on surface wind direction and speed. Theory and experiment // Proc. Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS’91). 1991. P. 1297–1300.
- Meissner T., Wentz F. J. The emissivity of the ocean surface between 6 and 90 GHz over a large range of wind speeds and Earth incident angles // IEEE Trans. Geoscience Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 8. P. 3004–3026. DOI: 10.1109/TGRS.2011.2179662.
- Sazonov D. S., Sadovsky I. N., Kuzmin A. V. Studying the azimuthal dependence of the sea surface microwave emissions based on measurements at the Black Sea // 2020 16th Specialist Meeting on Microwave Radiometry and Remote Sensing for the Environment (MicroRad). 2020. P. 1–4. DOI: 10.1109/MicroRad49612.2020.9342620.
- Shannon T. B., Ruf C. S., Lyzenga D. R. An emissivity-based wind vector retrieval algorithm for the Windsat polarimetric radiometer // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2006. V. 44. No. 3. P. 611–621. DOI: 10.1109/TGRS.2005.859351.
- St. Germain K., Poe G. A., Gaiser P. W. Polarimetric emission model of the sea at microwave frequencies and comparison with measurements // Progress in Electromagnetics Research. 2002. V. 37. P. 1–30. DOI: 10.2528/PIER01100800.
- Surussavadee C., Staelin D. H. NPOESS precipitation retrievals using the ATMS passive microwave spectrometer // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2010. V. 7. No. 3. P. 440–444. DOI: 10.1109/LGRS.2009.2038614.
- Tran N., Vandemark D., Ruf C. S., Chapron B. The dependence of nadir ocean surface emissivity on windvector as measured with microwave radiometer // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2002. V. 40. No. 2. P. 515–523. DOI: 10.1109/36.992827.
- Trokhimovski Y. G., Irisov V. G., Westwater E. R., Fedor L. S., Leuski V. E. Microwave polarimetric measurements of the sea surface brightness temperature from a blimp during the Coastal Ocean Probing Experiment (COPE) // J. Geophysical Research. 2000. V. 105. Iss. C3. P. 6501–6516. https://doi.org/10.1029/1999JC900315.
- Yueh S. H., Wilson W. J., Dinardo S. J., Li F. K. Polarimetric microwave brightness signatures of ocean wind direction // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1999. V. 37. No. 2. P. 949–959. DOI: 10.1109/36.752213.
- Zabolotskikh E., Chapron B. Validation of the new algorithm for rain rate retrieval from AMSR2 data using TMI rain rate product // Advances in Meteorology. 2015. No. 1. Article 492603. 12 p. DOI: 10.1155/2015/492603.
- Zhang R., Wang Z., Hilburn K. A. Tropical cyclone rainfall estimates from FY-3B MWRI brightness temperatures using the WS algorithm // Remote Sensing. 2018. V. 10. Iss. 11. Article 1770. http://dx.doi.org/10.1155/2015/492603.