Исследование вклада обрушений ветровых волн в рассеяние СВЧ сигнала на ортогональной поляризации в рамках лабораторного моделирования

Работа посвящена исследованию влияния обрушений ветровых волн на рассеянный радиолокационный сигнал в рамках лабораторного эксперимента с привлечением оптических методов анализа состояния водной поверхности.
В ходе работы были проведены повторяемые эксперименты с искусственным обрушением длинных волн различной интенсивности при нескольких скоростях ветра. Эксперименты проводились на ветро-волновом канале Большого Термостратифицированного бассейна ИПФ РАН. Размещенный в начале канала волнопродуктор генерировал цуг из трех волн частотой 1,04 Гц и длиной около 1 метра каждые 18 секунд. Поверхность воды находилась под действием ветра, скорость которого, приведенная к высоте 10 м, изменялась в интервале от 17 до 38 м/с для разных серий экспериментов. Для дальнейшей обработки была выбрана вторая волна цуга, поскольку ее обрушение проходило на выглаженной откатом предыдущей волны водной поверхности, и таким образом практически исключалось влияние коротковолновой ряби на формирование рассеянного сигнала. Высокая повторяемость наблюдаемой картины обрушений обеспечила возможность многократных измерений УЭПР в одинаковых условиях, а также позволила независимо исследовать область обрушений оптическими методами.
Радиолокационные измерения производились с использованием доплеровского скаттерометра, работающего на длине волны 3.2 см, с возможностью одновременного приема двух согласованных и двух ортогональных поляризаций (VV, HH, VH, HV). Размеры облучаемой области водной поверхности в зависимости от выбранных углов зондирования (30, 40, 50 градусов) менялись в интервале от 58х58 см до 69х69 см.
Интенсивность обрушений, а именно доля покрытия поверхности обрушениями (active whitecap) фиксировалась с использованием видеосъемки с частотой 50 Гц и специальной обработкой полученных изображений на основе пороговой обработки яркости. Синхронизация данных радиолокационных и оптических измерений была выполнена с помощью корреляционного анализа. Сопоставление мощности рассеянного сигнала и доли обрушений на водной поверхности позволило обнаружить, что на перекрестной поляризации мощность принятого сигнала монотонно возрастает вместе с ростом доли обрушений, при этом линейный вид полученной зависимости позволил предположить аддитивный характер вклада в формирование рассеянного сигнала для обрушений и ветровой ряби на свободной от обрушений водной поверхности.
Совмещение полученных результатов с данными о зависимости доли покрытия обрушениями от скорости ветра, а также численное моделирование вклада в рассеяние от ветровой ряби позволит сконструировать геофизическую модельную функцию для ортогональной поляризации излучения X-диапазона.
Результаты получены с использованием оборудования Уникальной научной установки «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов» ИПФ РАН (http://www.ckp-rf.ru/usu/77738/). Подготовка установки и измерения проведены при поддержке гранта РНФ 21-17-00214. Обработка результатов радиолокационных измерений выполнена при поддержке Гранта Президента МК-2336.2022.1.5.