Восстановление вектора течения и значимой высоты ветрового волнения по данным Доплеровского радиолокатора X диапазона. Статистическая модель.

В последнее время новый импульс развития получили доплеровские методы диагностики морской поверхности, что связано в первую очередь с появлением и доступностью спутниковых данных когерентного радиолокационного зондирования [1]. В работе предложена статистическая модель доплеровской скорости (ДС) морского волнения на основе экспериментальных данных в широком диапазоне гидрометеорологических условий. Зондирование осуществлялось в X диапазоне на горизонтальной поляризации излучения и приема под углами зондирования близкими к скользящим с помощью цифровой когерентной радиолокационной станции кругового обзора. Синхронно с проведением радиолокационных измерений, регистрировались профили скорости течения, характеристики ветрового волнения, скорость и направление ветра. Благодаря высокому пространственно-временному разрешению при измерении ДС показано, что средние значения ДС близки к средним скоростям рассеивателей радиоволн на взволнованной водной поверхности, а диспресия ДС определяется орбитальными скоростями длинных волн. Предложена простая статистическая модель для основных характеристик распределения доплеровских скоростей на рассматриваемой площади морской поверхности в зависимости от азимутального угла зондирования. Результаты модельных расчетов средней доплеровской скорости хорошо согласуются с экспериментальными наблюдениями в широком диапазоне гидрометеорологических условий (R2=0.91, RMSE = 12 cм/с). Полученная модель может быть использована для дистанционного определения скорости и направления поверхностного течения, а также статистических параметров волнения на морской поверхности, в том числе и при движении носителя радиолокационной станции, например на судне [2]. При этом для проведения подобных измерений достаточно одного оборота антенны радиолокационной станции.
Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 20-77-10081, https://rscf.ru/project/20-77-10081/.
[1] Chapron B., Collard F., Ardhuin F. Direct measurements of ocean surface velocity from space: Interpretation and validation // Journal of Geophysical Research, 110(C7), 2005, doi:10.1029/2004jc002809
[2] Ermoshkin A. and Molkov A. High-Resolution Radar Sensing Sea Surface States During AMK-82 Cruise // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, vol. 15, pp. 2660-2666, 2022, doi: 10.1109/JSTARS.2022.3161119.