Излучение взволнованной водной поверхности как функция от угла визирования, скорости ветра и температуры воды

Информация о состоянии земной поверхности, получаемая посредством приборов спутникового базирования, стала неотъемлемой частью теоретических изысканий и получила широкое практическое применение (например: прогнозирование погоды, контроль загрязнений, экологические исследования и т.д.). Одной из задач в области исследования земли из космоса является изучение Мирового океана с помощью микроволновых радиометров, которые измеряют собственное восходящее излучение системы океан-атмосфера. Радиометрические измерения применяются для определения температуры поверхности океана, вектора ветра, измерений солености, профилирования атмосферы, исследований стихийных бедствий (к сожалению постфактум).
До сих пор ведутся работы по установлению взаимно-однозначной связи между измеренным излучением поверхности в микроволновом диапазоне и физическими параметрами водной и воздушной сред. Созданы модели позволяющие рассчитать восходящее излучение поверхности используя либо спектр морского волнения, либо набор аппроксимирующих функций. Однако, результаты таких расчетов расходятся между собой и, как показано в работе (Сазонов и др., 2016), недостаточно адекватно описывают угловую зависимость восходящего излучения, полученную экспериментально.
В настоящей работе представлена функциональная зависимость собственного радиотеплового излучения взволнованной водной поверхности для частоты 37,5 ГГц. Расчеты основаны на натурных измерениях, выполненных на океанографической платформе Черноморского гидрофизического полигона РАН (ЧГП РАН) вблизи пос. Кацивели в 2005, 2007 и 2009 годах. В качестве входных данных использовались радиационно-ветровые зависимости собственного радиотеплового излучения взволнованной водной поверхности, исследование которых проведено в работе (Сазонов и др., 2016). Данная функция предназначена для расчета радиационно-ветровых зависимостей и радиояркостных контрастов. Необходимыми параметрами для расчета являются: вертикальный угол наблюдения, скорость ветра и температура воды.
Представленная в работе функция выполнена как аппроксимация экспериментально полученных данных. Аппроксимация выполнена в три этапа. (1) Экспериментально полученные угловые радиационно-ветровые зависимости аппроксимированы полиномом 3-ей и 2-ой степени. (2) Полученные коэффициенты полинома построены в зависимости от диапазона приращения скорости ветра и аппроксимированы полиномом. (3) И ветровые коэффициенты аппроксимированы линейной функцией для получения температурной зависимости. Предлагаемая функция описывает излучение поверхности в диапазоне температур, скоростей ветра и вертикальных углов наблюдения зарегистрированных в эксперименте. То есть температуры воды 13 - 25 С, скорость ветра 2 - 12 м/с и вертикальные углы наблюдения 30 - 80 градусов от надира.
Основным результатом работы является сравнение предлагаемой функциональной зависимости с модельными расчетами собственного излучения взволнованной водной поверхности.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №14-02-00839_а и №15-05-08401_а.