Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 3. С. 268-278
О вариациях интенсивности радиолокационного рассеяния на коротких ветровых волнах в поле длинной волны
С.А. Ермаков
1, 2, 3 , В.А. Доброхотов
1 , И.А. Сергиевская
1, 2, 3 , Т.Н. Лазарева
1 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского , Нижний Новгород, Россия
3 Волжский государственный университет водного транспорта, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 14.05.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-3-268-278
В лабораторном эксперименте исследован эффект уменьшения интенсивности радиолокационного (РЛ) сигнала Ka-диапазона (РЛ-след), обратно рассеянного короткими ветровыми гравитационно-капиллярными волнами (ГКВ), после прохождения цуга интенсивных длинных (метровых) волн (ДВ). Обнаружено, что в области цуга интенсивность РЛ-рассеяния может возрастать на порядок и более, доплеровские спектры РЛ-сигнала уширяются, а поляризационное отношение близко к 1, что характерно для случая микрообрушений коротких ГКВ. Степень подавления РЛ-сигнала в следе достигает 1–2 порядков, что слабее, чем в ранее обнаруженном нами следе после обрушающихся ДВ с опрокидывающимся гребнем. В случае обрушающихся ДВ след объяснялся турбулентностью, возбуждаемой при обрушении гребня и приводящей к подавлению коротких ГКВ. Теоретическая интерпретация подавления сигнала после прохождения необрушающихся ДВ основана на том, что усиление дрейфа вблизи гребней ДВ приводит к микрообрушению ГКВ, образующиеся при этом мелкомасштабные структуры мм-см-масштаба определяют наблюдаемое в цуге ДВ усиление рассеяния, существование же РЛ-следа связано с релаксацией обрушившихся ГКВ к их невозмущённому уровню в отсутствие ДВ.
Ключевые слова: микроволновое рассеяние от водной поверхности, радиолокационный след, ветровой дрейф, обрушение мелкомасштабных ветровых волн на гребнях длинных волн
Полный текстСписок литературы:
- Ермаков С. А. Влияние пленок на динамику гравитационно-капиллярных волн. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2010. 163 с.
- Лаврова О. Ю., Митягина М. И., Костяной А. Г. Спутниковые методы выявления и мониторинга зон экологического риска морских акваторий. М.: ИКИ РАН, 2016. 336 с.
- Монин А. С., Красицкий В. П. Явления на поверхности океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 375 с.
- Филлипс О. Динамика верхнего слоя океана. М.: Мир, 1969. 267 с.
- Bondur V. G. Satellite monitoring and mathematical modelling of deep runoff turbulent jets in coastal water areas // Waste Water — Evaluation and Management / ed. Einschlag F. S. G. L.: IntechOpen, 2011. P. 155–180. DOI: 10.5772/16134.
- Duncan J. H. Spilling breakers // Annual Review of Fluid Mechanics. 2001. V. 33. P. 519–547. DOI: 10.1146/annurev.fluid.33.1.519.
- Ermakov S. A., Kapustin I. A., Sergievskaya I. A. On peculiarities of scattering of microwave radar signals by breaking gravity-capillary waves // Radiophysics and Quantum Electronics. 2012. V. 55. P. 453–461. DOI: 10.1007/s11141-012-9381-1.
- Ermakov S. A., Sergievskaya I. A., da Silva J. C. B. et al. Remote sensing of organic films on the water surface using dual co-polarized ship-based X-/C-/S-band radar and TerraSAR-X // Remote Sensing. 2018. V. 10. Iss. 7. Article 1097. 16 p. DOI: 10.3390/rs10071097.
- Ermakov S. A., Dobrokhotov V. A., Sergievskaya I. A., Kapustin I. A. Suppression of wind ripples and microwave backscattering due to turbulence generated by breaking surface waves // Remote Sensing. 2020. V. 12. Iss. 21. Article 3618. 22 p. DOI: 10.3390/rs12213618.
- Ermakov S. A., Sergievskaya I. A., Dobrokhotov V. A., Lazareva T. N. Wave tank study of steep gravity-capillary waves and their role in Ka-band radar backscatter // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2021. V. 60. Article 4202812. 12 p. https://doi.org/10.1109/tgrs.2021.3086627.
- Fedorov A. V., Melville W. K. Nonlinear gravity-capillary waves with forcing and dissipation // J. Fluid Mechanics. 1998. V. 354. P. 1–42. https://doi.org/10.1017/S0022112097007453.
- Hansen M. W., Kudryavtsev V., Chapron B. et al. Wave breaking in slicks: Impacts on C-band quad-polarized SAR measurements // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2016. V. 9. Iss. 11. P. 4929–4940. DOI: 10.1109/JSTARS.2016.2587840.
- Kudryavtsev V., Hauser V., Caudal D., Chapron B. A semiempirical model of the normalized radar cross-section of the sea surface. 1. Background model // J. Geophysical Research: Oceans. 2003. V. 108. Iss. C3. Article 8054. 24 p. DOI: 10.1029/2001JC001003.
- Kudryavtsev V. N., Chapron B., Myasoedov A. G. et al. On dual co-polarized SAR measurements of the ocean surface // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2013. V. 10. Iss. 4. p. 761–765. DOI: 10.1109/LGRS.2012.2222341.
- Longuet-Higgins M. S. Parasitic capillary waves: a direct calculation // J. Fluid Mechanics. 1995. V. 301. P. 79–107. https://doi.org/10.1017/S0022112095003818.
- Longuet-Higgins M. S., Cleaver R. P. Crest instability of gravity waves. Part 1. The almost-highest wave // J. Fluid Mechanics. 1994. V. 258. P. 115–129. https://doi.org/10.1017/S0022112094003265.
- Phillips O. M., Banner M. L. Wave breaking in the presence of wind drift and swell // J. Fluid Mechanics. 1974. V. 66. Iss. 4. P. 625–640. https://doi.org/10.1017/S0022112074000413.
- Qiao H., Duncan J. H. Gentle spilling breakers: crest flow-field evolution // J. Fluid Mechanics, 2001, V. 439, P. 57–85. https://doi.org/10.1017/S0022112001004207.
- Sergievskaya I. A., Ermakov S. A., Ermoshkin A. V. et al. Modulation of dual-polarized X-band radar backscatter due to long wind waves // Remote Sensing. 2019. V. 11. Iss. 4. Article 423. 16 p. DOI: 10.3390/rs11040423.
- Sergievskaya I. A., Ermakov S. A., Ermoshkin A. V. et al. The role of micro breaking of small-scale wind waves in radar backscattering from sea surface // Remote Sensing. 2020. V. 12. Iss. 24. Article 4159. 16 p. DOI: 10.3390/rs12244159.