Азимутальная изменчивость радиоизлучения взволнованной водной поверхности на основе измерений в микроволновом диапазоне

Дистанционные измерения восходящего излучения системы "океан-атмосфера" в микроволновом диапазоне используются для решения большого количества научных и прикладных задач. Спутниковые наблюдения в микроволновом диапазоне позволяют определять характеристики окружающей среды с достаточно высокой точностью в пространстве и во времени. Количество параметров, определяемых с помощью дистанционных наблюдений системы "океан-атмосфера", достаточно много, основные из них это: температура поверхности океана (ТПО), соленость, скорость и направление ветра, параметры волнения (распределение уклонов, спектр волнения и др.), количество осадков и т.д.
Одной из важных задач, необходимых для прогнозирования стихийных бедствий, является определение скорости и направления приводного ветра. Определение вектора ветра выполняется с помощью сопоставления измеренной и рассчитанной радиояркостных температур. Расчет выполняется по эмпирическим или теоретическим моделям. Задача восстановления вектора ветра по спутниковым данным разделена на определение отдельно скорости и отдельно направления ветра. В настоящее время скорость ветра может быть определена с точностью до 1–2 м/с. Определить направление ветра по данным радиометрических измерений – сложнее, поэтому точность невелика и составляет порядка 20° и более.
Приведенные аргументы позволяют сделать вывод, что необходимо повышать точность определения направления ветра. Для этого необходимо сопоставить изменение в радиоизлучении водной поверхности с полем приводного ветра, а провести такой анализ можно только на основе качественного экспериментального материала, полученного в контролируемых метеоусловиях.
Вышесказанное определило цель настоящей работы, а именно: провести исследование азимутальной анизотропии при углах наблюдения от 0° до 65° на основе экспериментальных измерений собственного излучения взволнованной водной поверхности на частоте 37,5 ГГц (длина волны ~8мм). Выполнить сравнение полученных результатов с расчетами по эмпирическим моделям и с данными аналогичных экспериментов.
В представленной работе проанализирован большой объем экспериментальных радиополяриметрических измерений, полученных на океанографической платформе принадлежащей федеральному государственному бюджетному учреждению науки "Черноморскому гидрофизическому полигону РАН" (ЧГП РАН). Результаты анализа полученных данных демонстрируют, что есть сильная чувствительность изменения радиоизлучения взволнованной водной поверхности, как к скорости ветра, так и к его направлению. Изменение угла места приводило к систематическому изменению яркостной температуры.
Проведенный анализ моделей микроволнового излучения взволнованной водной поверхности и их сравнение с полученными в эксперименте данными показали: во-первых, модельные зависимости, составленные разными научными коллективами, расходятся между собой и, во-вторых, известные модели неадекватно описывают результаты наблюдений на горизонтальной поляризации. Поэтому, вопрос о применении той или иной модели микроволнового излучения водной поверхности для определения скорости и направления ветра остается открытым.
Следует отметить, что малое количество измерений при различных метеоусловиях (в основном для температуры воды) и отсутствие для эксперимента 2016 года измерений третьего параметра Стокса не позволяет определить доверительные интервалы оценок значений азимутальной анизотропии.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №15-05-08401_а.