Регрессионная модель пространственного микроволнового радиоизлучения от граничного слоя океан-атмосфера

Дистанционные наблюдения Земли из космоса позволяют решать большое количество научных и прикладных задач. Спутниковые наблюдения позволяют определять характеристики окружающей среды с достаточно хорошей точностью в пространстве и во времени. Одной из важных задач, решаемых с помощью дистанционных наблюдений, является исследования системы океан-атмосфера.
На протяжении нескольких десятилетий ведутся работы по установлению взаимно-однозначной связи между измеренным излучением системы океан-атмосфера в микроволновом диапазоне и физическими параметрами водной и воздушной сред. Созданы модели, позволяющие рассчитать восходящее излучение от поверхности.
В цикле работ по исследованию собственного радиотеплового излучения взволнованной водной поверхности, автором был проведен анализ радиационно-ветровой зависимости и азимутальной анизотропии, и выполнено сравнение экспериментальных данных с модельными расчетами. Корреляционный анализ показал, что существует значимая корреляция между экспериментальными и модельными данными, однако, анализ невязок показал, что есть расхождения по абсолютному уровню. Качественный анализ азимутальной анизотропии показал, что экспериментальные данные сходятся с модельным расчетом в основном только для вертикальной поляризации. Так как ни одна из используемых моделей не описывает результаты экспериментальных наблюдений с достаточным уровнем достоверности, было принято решение разработать функциональное представление для описания радиационно-ветровой зависимости и азимутальной анизотропии.
Целью настоящей работы является построение модели радиоизлучения взволнованной водной поверхности на основе детальных экспериментальных исследований. Настоящая работа является продолжением работ (Сазонов и др., 2016; Sazonov et al., 2016; Сазонов, 2017а,б; Сазонов и др., 2017) по анализу экспериментальных радиометрических данных.
Предлагаемая модель микроволнового излучения взволнованной водной поверхности MiROSE (Microwave Rough Ocean Surface Emission model) описывает результаты наблюдений на частоте 37,5 ГГц (длина волны ~8 мм) в диапазоне следующих условий: вертикальный угол наблюдения 30 – 80 градусов, температура воды 12,5 – 25°С и скорость ветра 3 – 13 м/с. Общий уровень корреляции между экспериментом и моделью MiROSE составляет 0,8208 для вертикальной и 0,6606 для горизонтальной поляризаций, поэтому разработанная модель адекватно описывает данные измерений и может быть использована для получения предварительных оценок скорости ветра и температуры поверхности воды, которые будут использоваться для решения различных задач дистанционного зондирования.
Предлагаемое дополнение модели MiROSE-а (а – анизотропия) описывает результаты наблюдений азимутальной анизотропии на вертикальной и горизонтальной поляризациях в диапазоне следующих условий: вертикальный угол наблюдения 0 – 65 градусов и скорость ветра 0 – 20 м/с. Несмотря на недостаток статистики, в результате разработано дополнение модели MiROSE-а, которое достоверно описывает результаты наблюдений и может быть использована для предварительной оценки направления приводного ветра.

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