Оценка влияния приводного ветра на частотные спектры морского волнения

В июле 2023 года были проведены экспедиционные исследования на Черноморском гидрофизическом подспутниковом полигоне ФГБУН ФИЦ МГИ в пгт Кацивели. В задачи экспедиции входили испытания макета лазерного волнографа на предмет его работоспособности в различных метеоусловиях, возможной продолжительности функционирования в условиях воздействия среды, оценка его измерительных характеристик.
В результате испытаний было показано, что предложенная схема волнографа способна полноценно работать в натурных условиях в течение нескольких месяцев без обслуживания и в автоматическом режиме производить регистрацию параметров морской поверхности в широком диапазоне метеоусловий. Однако измерения удавалось проводить лишь в условиях слабой освещенности, в основном в вечернее и ночное время суток. Решением данной проблемы стало применение интерференционной и поляризационной фильтрации оптического сигнала, а полевые испытания улучшенной версии волнографа были проведены летом 2024 года.
В докладе приводятся результаты обработки данных измерений, полученных в ходе экспедиционных работ 2023-2024 года. В работу включены данные измерений с помощью различных видеокамер с частотами записи от 30 до 90 кадров в секунду. Показано, что одновременное применение поляризационно-интерференционной фильтрации и повышение частоты регистрации изображения морской поверхности качественно повышают точность определения аппликат морской поверхности, а также уменьшают влияние шумового фона и ошибочных измерений на частотные спектры и статистические оценки.
Наиболее приоритетной задачей исследования является поиск взаимосвязи параметров приводного ветра с гравитационно-капиллярными и капиллярными волнами. В докладе приводится результат корреляционного анализа измерений скорости и направления ветра с частотными характеристиками морской поверхности. Отмечается, что для оценки высокочастотной области спектра (более 5 Гц) измерение параметров ветра необходимо производить с усреднением лишь в несколько секунд, чтобы фиксировать микропорывы и пространственные флуктуации ветрового вектора, которые существенно влияют на спектральную картину волнографических измерений.
Анализ полученных результатов указывает на необходимость дальнейших исследований и наработки большей выборки измерений для уточнения моделей взаимосвязи между тремя физическими процессами: ветром в приводном слое атмосферы, структурой морского волнения и собственным излучением взволнованной морской поверхности в микроволновом диапазоне длин волн, что является глобальной целью исследования.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 23-17-00189).