Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2026. Т. 23. № 1. С. 260-271
К вопросу о «мгновенном» измерении капиллярных уклонов морской поверхности методом лазерных «юбок»
В.В. Стерлядкин 1, 2 , М.В. Лихачева 1 , К.В. Куликовский 1 1 МИРЭА — Российский технологический университет, Москва, Россия
2 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 13.11.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-1-260-271
Метод лазерных «юбок» является новым и заключается в видеорегистрации изображения лазерного луча, падающего сверху вниз на морскую поверхность. При отсутствии капиллярных волн луч изгибается плавно. При интенсивном капиллярном волнении изображение луча имеет форму светового конуса, которая расширяется вниз от точки падения луча на поверхность. Цель работы — исследование связи параметров капиллярных волн с распределением освещённости в изображении лазерного луча. Теоретически показано, что основной вклад в ширину распределения освещённости в изображении лазерного луча вносят уклоны, перпендикулярные оси наблюдения видеокамеры. В отличие от предыдущих работ в данной проводится также учёт уклонов волн вдоль оси наблюдения видеокамеры. Рассчитаны погрешности измерений. Оценить распределение капиллярных уклонов можно почти «мгновенно» даже по одному кадру с выдержкой 0,01 с. Пространственный масштаб усреднения может изменяться от 10×5 см и выше. Приведены примеры натурных измерений в различных метеорологических условиях как при ночном, так и при дневном фоновом освещении. Достоинством метода стала возможность круглосуточных измерений не только полного распределения уклонов, но и распределения уклонов волн различного масштаба, например, только капиллярной фракции или гравитационно-капиллярной части волнения.
Ключевые слова: капиллярные волны, натурные измерения, распределение уклонов, дисперсия уклонов, дистанционные измерения, лазерный метод
Полный текстСписок литературы:
- Антонов В. В., Садовский И. Н. Исследование параметров морского волнения в рамках международного натурного эксперимента CAPMOS05: контактные измерения с использованием пятиструнного волнографа // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007. Вып. 4. Т. 1. С. 254–261.
- Басс Ф. Г., Брауде С. Я., Калмыков А. И. и др. Методы радиолокационных исследований морского волнения (радиоокеанография) // Успехи физ. наук. 1975. Т. 116. С. 741–743. https://doi.org/10.3367/UFNr.0116.197508j.0741.
- Гранков А. Г., Мильшин А. А., Новичихин Е. П. Спутниковая СВЧ-радиометрия тепловых и динамических процессов на поверхности океана и в атмосфере. М.: РАН, 2022. 240 с.
- Ермаков С. А., Макаров Е. В., Сергиевская И. А. Лабораторное исследование радиолокационного рассеяния на гравитационно-капиллярных волнах // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2007. Т. 43. № 2. С. 272–278.
- Запевалов А. С. Статистические характеристики модуля уклонов морской поверхности // Морской гидрофиз. журн. 2002. № 1. С. 51–58.
- Запевалов А. С., Большаков А. Н., Смолов В. Е. Исследование уклонов морской поверхности с помощью массива волнографических датчиков // Океанология. 2009. Т. 49. № 1. С. 37–44.
- Караев В. Ю., Панфилова М. А., Баландина Г. Н., Чу К. Восстановление дисперсии наклонов крупномасштабных волн по радиолокационным измерениям в СВЧ-диапазоне // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 4. С. 62–77.
- Стерлядкин В. В. Сканирующий лазерный волнограф с регистрацией «мгновенной» формы поверхности: патент РФ № 2749727. Рег. 16.10.2020.
- Стерлядкин В. В. Задача восстановления профиля морской поверхности по видеоизображению лазерных лучей // Океанология. 2024. Т. 64. № 3. С. 396–407. DOI: 10.31857/S0030157424030022.
- Стерлядкин В. В., Куликовский К. В. Измерение капиллярных волн лазерным волнографом // Российский технолог. журн. 2022. Т. 10. № 5. С. 100–110. DOI: 10.32362/2500-316X-2022-10-5-100-110.
- Стерлядкин В. В., Куликовский К. В., Задерновский А. А. Измерение капиллярных колебаний морской поверхности // Океанология. 2025. Т. 65. № 2. С. 201–211. DOI: 10.31857/S0030157425020018.
- Cox C., Munk W. Measurement of the roughness of the sea surface from photographs of the Sun’s glitter // J. Optical Soc. of America. 1954. V. 44. Iss. 11. P. 838–850. https://doi.org/10.1364/JOSA.44.000838.
- Donelan M. A., Pierson W. J., Jr. Radar scattering and equilibrium ranges in wind-generated waves with application to scatterometry // J. Geophysical Research: Oceans. 1987. V. 92. Iss. C5. P. 4971–5029. DOI: 10.1029/JC092iC05p04971.
- 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. on Geoscience and Remote Sensing. 2021. V. 60. Article 4202812. 12 p. DOI: 10.1109/TGRS.2021.3086627.
- Hughes B. A., Grant H. L., Chappel R. W. A fast response surface-wave slope meter and measured wind-wave moments // Deep-Sea Research. 1977. V. 24. No. 12. P. 1211–1223. DOI: 10.1016/0146-6291(77)90524-0.
- Hwang P. A. Microstructure of ocean surface roughness: A study of spatial measurement and laboratory investigation of modulation analysis // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 1999. V. 16. Iss. 11. P. 1619–1629. https://doi.org/10.1175/1520-0426(1999)016<1619:MOOSRA>2.0.CO;2.
- Longuet-Higgins M. S., Cartwrighte D. E., Smith N. D. Observation of the directional spectrum of sea waves using the motions of the floating buoy // Proc. of Conf. Ocean Wave Spectra. 1961. P. 111–132.
- Sterlyadkin V. V., Kulikovskii K. V., Kuzmin A. V. et al. Scanning laser wave recorder with registration of “instantaneous” sea surface profiles // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2021. V. 38. Iss. 8. P. 1415–1424. https://doi.org/10.1175/JTECH-D-21-0036.1.
- Wright J. Backscattering from capillary waves with application to sea clutter // IEEE Trans. on Antennas and Propagation. 1966. V. 14. Iss. 6. P. 749–754. https://doi.org/10.1109/tap.1966.1138799.
- Yurovsky Y. Y., Kudryavtsev V. N., Grodsky S. A., Chapron B. Ka-band dual co-polarized empirical model for the sea surface radar cross section // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 2017. V. 55. No. 3. P. 1629–1647. DOI: 10.1109/TGRS.2016.2628640.