Модифицированный спектр морского волнения для задач дистанционного зондирования

В связи с разработкой первого российского скаттерометра [1] появилась необходимость моделирования скаттерометрических измерений для разных типов волнения. Скаттерометр работает при средних углах падения, и сечение обратного рассеяния зависит от спектральной плотности мелкомасштабной (резонансной) ряби, поэтому возникла необходимость доработки коротковолновой части спектра [2]. Ранее данный спектр [2] успешно применялся для обработки данных альтиметрических измерений и вычисления доплеровского спектра отраженного сигнала при малых углах падения [3].
В ходе исследования выполнено сравнение четырех моделей спектров морского волнения, применяемых при решении задач дистанционного зондирования: спектров Караева [2], Кудрявцева [4], Elfouhaily [5], Hwang [6]. На основе проведенного анализа разработан новый модифицированный спектр волнения, использующий модель [2] в гравитационной области и модель [4] в гравитационно-капиллярной. Подбор асимметричной функции углового распределения модифицированного спектра производился из соображений согласованности с данными дистанционного зондирования [7]. Проверка модифицированной модели спектра волнения была проведена для скоростей ветра в интервале от 5 м/с до 15 м/с.
Показано, что дисперсии наклонов, вычисленные по модифицированному спектру волнения, совпадают с данными известного эксперимента Cox и Munk. Сечения обратного рассеяния для средних углов падения, вычисленные по модифицированной модели спектра, согласуются с геофизическими модельными функциями для С и Ku диапазонов. Модель спектра содержит зависимость от длины ветрового разгона, что позволяет в совокупности со спектром зыби моделировать различные варианты волнового климата.
Таким образом, разработанный модифицированный спектр морского волнения позволяет точнее вычислять сечение обратного рассеяния при зондировании под средними углами падения по сравнению с другими моделями.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 15-45-02501 р_поволжье_а, 15-55-53046 ГФЕН_а, 16-35-00548 мол_а и 15-05-07726 а) и Фонда поддержки научно-проектной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых «Национальное интеллектуальное развитие» в рамках научного проекта № 16-35-80022 мол_эв_а.

[1] V.Yu.Karaev, M.A.Panfilova, Yu.A.Titchenko, Eu.M.Meshkov, G.N.Balandina, Yu.V.Kuznetcov, A.L.Shlaferov, "Russian scatterometer: discussion of the concept," International Journal of Remote Sensing, vol. 36, № 24, pp. 6056-6084, 2015.
[2] В. Ю. Караев, Г. Н. Баландина "Модифицированный спектр волнения и дистанционное зондирование," Исследования Земли из космоса, №5, С. 1-12, 2000.
[3] V.Yu. Karaev, M.B. Kanevsky, G. N. Balandina, P.D. Kotton, P.G. Challenor, C.P. Gommenginger, M.A. Srokosz, "On the problem of the near ocean surface wind speed retrieval by radar altimeter: a two-parameter algorithm," International Journal of Remote Sensing, vol. 23, № 16, pp. 3263-3283, 2002.
[4] M. V. Yurovskaya, V. A. Dulov, B. Chapron, and V. N. Kudryavtsev, "Directional short wind wave spectra derived from the sea surface photography," Journal of Geophysical Research: Oceans, vol. 118, pp. 1-15, 2013.
[5] T. Elfouhaily, B. Chapron, K. Katsaros, and D. Vandermark, "A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves," Journal of Geophysical Research, vol. 102, № С7, pp. 15781-15796, 1997.
[6] P.A. Hwang, F. Fois, "Surface roughness and breaking wave properties retrieved from polarimetric microwave radar backscattering," Journal of Geophysical Research: Oceans, vol. 120, pp. 3640-3657, 2015.
[7] E.M. Poulter, M.J. Smith, J.A. McGregor, "Microwave backscatter from the sea surface: Bragg scattering by short gravity waves," Journal of Geophysical Research, vol. 99, № С4, pp. 7929-7943, 1994.