Построение полуэмпирической геофизической модельной функции для ортогональной поляризации СВЧ излучения при экстремальных скоростях ветра

Настоящая работа посвящена конструированию модели рассеяния, позволяющей описывать поведение УЭПР на ортогональной поляризации при высоких скоростях ветра.
Для построения модели было принято во внимание, что рассеяние от водной поверхности определяется некогерентным сложением сигналов, рассеянных областями обрушения и частью поверхности воды, свободной от обрушений и покрытой ветровыми волнами. Для описания рассеяния э/м излучения на ветровом волнении была использована модель «приближение малых наклонов» второго порядка [1], позволяющая описывать поведении сигнала на ортогональной поляризации и свободная от недостатков двухмасштабной модели, предполагающей выбор величины, разделяющей шероховатости на крупномасштабные и мелкомасштабные. Данная модель применима к произвольной длине волны для случаев, когда тангенс угла скольжения/рассеяния превосходит среднеквадратичные уклоны поверхности. Для упрощения вычислений была использована упрощенная модель, предложенная в работе [2].
Для моделирования был использован экспериментально измеренный спектр волнения на ветро-волновом канале Большого Термостратифицированного бассейна ИПФ РАН. Возвышения водной поверхности фиксировались в трех точках равностороннего треугольника струнным волнографом резистивного типа при скоростях ветра от 17 м/с до 44 м/с, что позволило восстановить пространственно-временные спектры волнения.
Также с помощью оптических методов в исследуемом диапазоне скоростей ветра была оценена доля водной поверхности, покрытой обрушениями. Использование полученной зависимости позволяет определить долю поверхности, покрытой ветровыми волнами и используя результаты численного моделирования в рамках модели малых наклонов, оценить вклад ветрового волнения в рассеянный сигнал на ортогональной поляризации. Анализ показал, что сигнал на ортогональной поляризации, рассеянный на ветровых волнах, демонстрирует тенденцию к насыщению аналогично сигналу на соосной поляризации.
Используя ранее полученную оценку УЭПР обрушающейся волны, численное моделирование методом малых наклонов и параметризацию доли обрушений на водной поверхности от скорости ветра, были получены зависимости УЭПР водной поверхности в X-диапазоне на ортогональной поляризации для скоростей ветра 17-44 м/с и углов зондирования 30°, 40°, 50°. Предложенная модель демонстрирует хорошее совпадение с экспериментальными измерениями в лабораторных условиях, наибольшее расхождение наблюдается в области относительно низких скоростей ветра. Обнаружено, что чувствительность сигнала на ортогональной поляризации к вариациям скорости ветра при экстремальных ветрах обеспечивается в первую очередь ростом количества обрушений на водной поверхности.
Работа, связанная с лабораторным моделированием выполнена при поддержке гранта РНФ № 21-17-00214. Численное моделирование выполнено при поддержке Гранта Президента МК-2336.2022.1.5.