Алгоритмы восстановления дисперсии наклонов и среднего волнового периода по данным надирного зондирования

Современные космические радиолокаторы активно используются для оперативного мониторинга поверхности Земли и, в частности, для формирования поля приповерхностного ветра над Мировым океаном. Эта информация используется в метеорологии для составления долгосрочных прогнозов погоды, ассимилируется в численные модели волнения для анализа волнового климата и при решении других задач [1, 2].
Однако данных только о скорости ветра недостаточно для точной количественной оценки интенсивности процесса теплообмена в системе «океан-атмосфера», что сказывается на качестве прогнозов. Повысить точность можно за счет привлечения информации о морской поверхности: высоте значительного волнения и дисперсии наклонов.
Радиолокационный сигнал содержит информацию о крупномасштабном волнении при обратном рассеянии на малых углах падения. В этой области работают радиоальтиметры и дождевой радиолокатор (PR-радиолокатор). Радиоальтиметр с высокой точностью восстанавливает высоту значительного волнения [3]. Как показали проведенные исследования, дисперсия наклонов крупномасштабного волнения может быть определена по данным PR-радиолокатора [4, 5].
В данной работе решается задача определения дисперсии наклонов по сечению обратного рассеяния при надирном зондировании (радиоальтиметр) и вычисление среднего волнового периода.
Анализ данных PR-радиолокатора показал, что при нулевом угле падения сечение обратного рассеяния сильнее зависит от дисперсии наклонов крупномасштабного волнения, чем от скорости ветра. Был разработан однопараметрический алгоритм восстановления дисперсии наклонов крупномасштабного волнения по сечению обратного рассеяния и обработка радиолокационных данных подтвердила высокую точность алгоритма.
В ходе дальнейшего исследования были получены формулы для преобразования данных радиоальтиметра (на примере Topex/Poseidon) в данные PR-радиолокатора, что позволило применить разработанный алгоритм восстановления дисперсии наклонов крупномасштабного волнения для обработки данных Topex/Poseidon.
Таким образом, радиоальтиметр независимым образом измеряет высоту значительного волнения и дисперсию наклонов крупномасштабного волнения, а их отношение определяет средний волновой период (или среднюю длину волны). Сравнение с независимыми данными подтвердило эффективность алгоритма определения среднего волнового периода.
В результате проведенного исследования радиоальтиметр значительно расширил возможности по диагностике поверхностного волнения.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проекты № 10-05-00181а и № 11-05-97014-р-п-а) и программой ОФН РАН «Радиофизика».

1. Fukumori, I., Raghunath, R., Fu, L.-L. and Chao, Y., «Assimilation of TOPEX/POSEIDON altimeter data into a global ocean circulation model: How good are the results», J. Geophys. Res., 1999, 104, 25647-25665
2. Leeuwenburgh, O., «Assimilation of along-track altimeter data in the tropical Pacific region of a global OGCM ensemble», Q. J. R. Meteorol. Soc., 2005, 131, pp. 2455–2472 doi: 10.1256/qj.04.146
3. Fu L.-L., Cazenave A., «Satellite altimetry and earth sciences. A handbook of techniques and applications», San Diego: Academic Press, 2001, 464 P.
4. Караев В.Ю., Каневский М.Б., Мешков Е.М., К.Чу, «Восстановление дисперсии наклонов крупномасштабного волнения по данным PR радиолокатора», Восьмая всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", Москва, ИКИ РАН, 15-19 ноября 2010, Тезисы докладов, с. 186
5. Караев, В., Панфилова, М., Баландина, Г., К.Чу, «Восстановление дисперсии наклонов крупномасштабных волн по радиолокационным измерениям в СВЧ-диапазоне», Исследование Земли из космоса, 2012, N 4, 62-77