Моделирование яркостной температуры водной поверхности в рамках двухмасштабной модели излучения

Представляемое исследование носит исключительно модельный характер и направлено на попытку описания собственного излучения реальной морской поверхности в рамках существующих теоретических представлений.
Работа выполняется в рамках гранта РНФ, одной из задач которого является выявление связей между структурой волнения в гравитационно-капиллярном интервале и формируемым им излучением. В рамках указанного гранта создается лазерный волнограф, позволяющий с недоступной ранее разрешающей способностью восстанавливать пространственный спектр волнения в его самой высокочастотной части. Это будет обеспечивать поступление уникальной информации о закономерностях формирования, развития и диссипации этих волновых компонент в натурных условиях. В свою очередь, это позволит перейти к прямому расчету интенсивности излучения взволнованной морской поверхности на основе двухмасштабной модели формирования ее излучения, а на основе сравнения с результатами прямых измерений яркостных температур – выявить и устранить ее недостатки.
Одним из ключевых этап реализации работ является проведение комплексного натурного эксперимента, планируемого на 2025 год, где будут объединены данные волнографических измерений с измерениями интенсивности уходящего собственного излучения ветровых волн. Очевидно, что успех данного этапа зависит и от качества предварительных модельных расчетов. Они призваны дать оценки ожидаемых эффектов, которые, при массовой обработке и статистическом усреднении, могут быть пропущены.
Среди основных задач, которые ставились перед началом электродинамического моделирования, следует выделить следующие. Одним из первых, следовало рассмотреть изменения, вызываемые модуляцией коротковолновых компонент волнения крупномасштабными составляющими. В такой постановке эта задача ранее не решалась, а учет влияния крупных и коротких волн в рамках двухмасштабной модели излучения выполнялся независимо. Также известно, что короткие гравитационно-капиллярные волны изменяют свое направление практически без задержки при смене направления ветрового потока. Более длинноволновым аппликатам свойственен временной лаг, зависящий от широкого набора параметров. Таким образом, с точки зрения отклика радиометра, представляет интерес моделирование ситуации, когда длинноволновые и коротковолновые компоненты имеют разные направления распространения. Также, особенностью формирования коротковолновых аппликат является их паразитная генерация на переднем склоне волны, в то время как на заднем фронте крупных волн происходит «выглаживание». Введение соответствующей функции затухания амплитуды мелкомасштабных компонент в зависимости от их расположения должно изменить характер азимутальной зависимости интенсивности излучения поверхности. Изменению углового распределения радиояркости должно способствовать и введение дополнительной асимметрии распределения уклонов крупномасштабных волн.
Описанию результатов моделирования указанных ситуаций, использованных при этом приближений и допущений, и посвящена содержательная часть данной работы.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект №23-17-00189).