Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 6. С. 331-343
Оценка влияния асимметрии крупных волн на собственное излучение морской поверхности
И.Н. Садовский
1, 2 , Д.С. Сазонов
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 МИРЭА — Российский технологический университет, Москва, Россия
Одобрена к печати: 28.11.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-6-331-343
Основной целью представляемой работы была оценка влияния асимметрии распределения уклонов ветровых волн на результаты расчётов излучательных характеристик морской поверхности в рамках двухмасштабной модели формирования излучения. В силу того, что в существующих моделях спектра ветрового волнения данная информация (об асимметрии распределения уклонов) не содержится, авторы использовали результаты натурных измерений, полученных с помощью струнного волнографа. Экспериментальные измерения характеристик волнения соответствуют скорости ветра, равной 11 м/с, и распространяются на волновые компоненты длиннее 0,45–0,63 рад/см. На основе этих измерений было показано, что функция распределения уклонов вдоль направления распространения волнения наилучшим образом описывается гамма-функцией. Эти данные были интегрированы в технологию расчёта величины радиояркостного контраста морской поверхности в соответствии с двухмасшабной моделью формирования излучения. Показано, что учёт асимметрии крупных волн действительно оказывает существенное влияние на изменение излучательной способности морской поверхности. Абсолютные значения отклонений являются функцией пространственной ориентации вектора наблюдения. Следует отметить, что используемая двухмасштабная модель не может корректно описать эффект азимутальной анизотропии радиотеплового излучения даже при учёте асимметричности волнения. Однако угловые зависимости вклада в излучение длинноволновых компонент волнения, рассчитанные в соответствии с этой моделью с использованием гамма-функции распределения уклонов, по форме совпадают с данными натурных наблюдений.
Ключевые слова: двухмасштабная модель, собственное излучение, радиояркостный контраст, ветровое волнение, асимметрия уклонов, морская поверхность, азимутальная анизотропия, гамма-функция
Полный текстСписок литературы:
- 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.
- Поспелов М. Н. Применение поляризационной радиометрии в дистанционном зондировании: история и перспективы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. Т. 1. № 1. С. 58–69.
- Садовский И. Н. Методика дистанционного определения характеристик ветрового волнения: 1. Расчет радиояркостных контрастов взволнованной водной поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2008. Вып. 5. Т. 2. С. 192–198.
- Садовский И. Н. Оценка величины радиояркостных контрастов морской поверхности, обусловленных присутствием компонент ветрового волнения разного масштаба // 9-я Международ. научно-техн. конф. «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» ФРЭМЭ’2010: тез. докл. Владимир: ВлГУ, 2010. С. 483–486.
- Садовский И. Н. Особенности учета вклада длинноволновых компонент волнения в приращение излучательной способности морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 1. С. 228–239.
- Садовский И. Н. Проблемы использования спектрального описания ветрового волнения в задачах оценки уходящего излучения системы океан – атмосфера // Всероссийская науч. конф. «Моря России: от теории к практике океанологических исследований»: тез. докл. Севастополь: МГИ РАН, 2023. С. 195–196.
- Садовский И. Н., Кузьмин А. В., Поспелов М. Н. Лабораторный эксперимент по измерению угловых зависимостей параметров Стокса теплового радиоизлучения взволнованной водной поверхности // Исслед. Земли из космоса. 2005. № 1. С. 21–26.
- Сазонов Д. С. Исследование статистических характеристик распределения уклонов взволнованной водной поверхности // 2-е Всероссийские Армандовские чтения «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред». Материалы 5-й Всероссийской науч. конф. Муром: Изд.-полигр. центр МИ ВлГУ, 2012. C. 548–552.
- Сазонов Д. С., Стерлядкин В. В., Кузьмин А. В. Тестирование алгоритма определения поля направления приводного ветра по спутниковым радиополяриметрическим измерениям // Исслед. Земли из космоса. 2018. № 6. С. 3–12. DOI: 10.31857/S020596140003363-0.
- Стерлядкин В. В. Сканирующий лазерный волнограф с регистрацией «мгновенной» формы поверхности: Патент РФ № 2749727. Рег. 16.10.2020.
- Стерлядкин В. В., Куликовский К. В. Измерение капиллярных волн лазерным волнографом // Russian Technological J. 2022. Т. 10. № 5. C. 100–110. DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-5-100-110.
- Стерлядкин В. В., Куликовский К. В., Бадулин С. И. Натурные измерения формы морской поверхности и одномерного пространственного спектра волнения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. T. 21. № 1. C. 270–285. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-1-270-285.
- Трохимовский Ю. Г., Эткин В. С. Лабораторные и натурные исследования критических явлений в радиотепловом излучении взволнованной водной поверхности: Препринт. Пр-988. М.: ИКИ АН СССР, 1985. 23 с.
- Bespalova E. A., Veselov V. M., Glotov A. A., Militskii Yu. A., Mirovskii V. G., Pokrovskaya I. V., Popov A. E., Raev M. D., Sharkov E. A., Etkin V. S. Investigations of wind sea roughness’s anisotropy with variability of thermal radioemission // Doklady Acad. Nauk (Russian Academy of Sciences. Earth Science Section: Engl. Transl.). 1979. V. 246. No. 6. P. 1482–1485.
- Chen K. S., Fung A. K., Faouzi A. An empirical bispectrum model for sea surface scattering // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 1993. V. 31. No. 4. P. 830–835.
- Сох С. S., Munk W. Statistics of the sea surface derived from sun glitter // J. Marine Research. 1954. V. 13. P. 198–227.
- Elfouhaily Т., Chapron В., Katsaros К., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves // J. Geophysical Research. 1997. V. 102. P. 15781–15796. DOI: 10.1029/97JC00467.
- Gilman M. A. Bispectrum and analysis of the statistics of electromagnetic waves backscattered by sea surface // J. Computer and System Sciences. 1997. V. 36. No. 6. P. 972–980.
- Irisov V. G. Small-slope expansion for thermal and reflected radiation from a rough surface // Waves Random Media. 1997. V. 7. No. 1. P. 1–10. DOI: 10.1088/0959-7174/7/1/001.
- Irisov V. G. Azimuthal variation of the microwave radiation from a slightly non-Gaussian surface // Radio Science. 2000. V. 35. No. 1. P. 65–82. DOI: 10.1029/1999RS900104.
- Leykin I. A., Donelan M. A., Mellen R. H., McLaughlin D. J. Asymmetry of wind waves studied in a laboratory tank // Nonlinear Processes in Geophysics. 1995. V. 2. P. 280–289. DOI: 10.5194/npg-2-280-1995.
- 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 and Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 8. P. 3004–3026. DOI: 10.1109/TGRS.2011.2179662.
- Pospelov M. N., Kuzmin A. V., Trokhimovski Y. G. Polarimetric measurements of microwave emission from capillary waves // IGARSS 2001. Scanning the Present and Resolving the Future: Proc. IEEE 2001 Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. 2001. V. 3. P. 1561–1563. DOI: 10.1109/IGARSS.2001.976910.
- Semyonov B. I. Approximate computation of scattering of electromagnetic waves by rough surface contours // Radio Engineering and Electronic Physics. 1966. V. 11. P. 1179–1187.
- Trokhimovski Y. G. The model for microwave thermal emission of sea surface with waves // Earth Observation and Remote Sensing. 1997. V. 1. P. 39–49.
- Trokhimovski Y. G., Irisov V. G. Wind speed and direction measurements using microwave polarimetric radiometers. NOAA Technical Memorandum ELP ETL-250. 1995. 35 p.