Определение дисперсии уклонов и скорости ветра над Черным морем по данным радиолокатора Ku-диапазона на спутнике GPM

Спутниковый мониторинг скорости приводного ветра над морской поверхностью W проводится в основном по данным микроволновых радиометров и скаттерометров. Ширина полосы обзора радиометров L ≈ 1000 - 2500 км при углах падения θ ≈50-65 градусов. Пространственное разрешении в сантиметровом диапазоне составляет ≈ 20-100 км, что сглаживает мезомасштабные вариации ветра. Скаттерометры сканируют морскую поверхность при средних углах падения (30-60 градусов). Ширина их полосы обзора достигает 1400 км. Разработаны алгоритмы восстановления W по данным альтиметров, зондирующих океан при нулевом угле падения с разрешением 5-15 км.
В данной работе используются данные радиолокатора Ku-диапазона со спутника GPM. Радиолокатор работает в сканирующем режиме, при этом угол падения меняется от –18 до +18 градусов. По разработанному алгоритму в полосе шириной 145 км определяется удельная эффективная площадь рассеяния (УЭПР) при нулевом угле падения и дисперсия уклонов крупномасштабного, по сравнению с длиной волны зондирующего излучения, волнения. Для обработки и восстановления УЭПР при θ = 0 градусов используются исходные данные для θ ≤ 12 градусов, где выполняется приближение геометрической оптики. Обработка данных выполняется над открытой поверхностью океана в отсутствие осадков. Для индикации ледяного покрова и зон осадков используются синхронные измерения радиометра GMI со спутника GPM. По алгоритму, описанному в [1], в полосе обзора определяется полная дисперсия уклонов крупномасштабного волнения.
Был собран объединенный массив данных УЭПР при зондировании в надир и измерений скорости ветра морскими буями NDBC. Объединение происходило таким образом, чтобы измерения буя и радиолокатора были разнесены в пространстве не более, чем на 20 км, а по времени не более, чем на 30 минут. Для радиолокаторов Ku-диапазона получена зависимость скорости ветра на высоте 10 м от УЭПР при θ = 0 градусов. Разработан алгоритм определения скорости ветра по данным УЭПР при нулевом угле падения в широкой полосе обзора. Алгоритм был применен к данным радиолокатора Ku-диапазона, собранным над Черным морем в 2015-2019 гг. Результаты восстановления ветра были сопоставлены с публикациями [2-4], в которых рассмотрен волновой и ветровой режим в Черном море, изучена динамика полей волнения по данным численного моделирования и по данным спутниковой альтиметрии. Выполнено сравнение значений ветра по данным радиолокатора с полями W в различных синоптических ситуациях, найденными по данным многоканальных микроволновых радиометров GMI и AMSR2 (спутник GCOM-W1) [5, 6], и с результатами реанализа.
Новый продукт для модуля скорости ветра получен при зондировании при малых углах падения в широкой полосе обзора. Показано хорошее соответствие радиолокационного продукта с данными реанализа и спутниковых микроволновых радиометров.

Работа выполнена при поддержке РНФ (проект № 20-17-00179).