Двухпараметрический алгоритм определения скорости ветра по данным PR-радиолокатора

Радиолокационные методы зондирования морской поверхности активно развиваются, позволяя получать всё больше информации о характеристиках волнения и скорости ветра вблизи морской поверхности. Полученные данные играют важную роль в оперативной метеорологии и в разработке современных климатических моделей.
В настоящее время основным источником информации о поле приповерхностного ветра являются скаттерометры, обладающие широкой полосой обзора и работающие при средних углах падения. Определение скорости ветра происходит по сечению обратного рассеяния. Предполагается, что существует однозначная связь скорости ветра и сечения обратного рассеяния и с помощью регрессионных методов строится однопараметрический алгоритм, в котором по измеренному сечению обратного рассеяния определятся скорость ветра.
Однако, если спектральная плотность мелких волн тесно связана со скоростью ветра, то пришедшие волны зыби от ветра в данной области не зависят, что ведет к неоднозначной связи скорости ветра и сечения обратного рассеяния. Это является одной из основных причин ошибок однопараметрического алгоритма. Для повышения точности алгоритма необходимо ввести в алгоритм дополнительный параметр, характеризующий волнение, например, дисперсию наклонов.
В области малых углов падения работает PR-радиолокатор, который измеряет сечение обратного рассеянии в интервале углов падения ± 17 градусов. По данным PR-радиолокатора можно восстановить дисперсию наклонов и использовать ее для устранения неоднозначности при восстановлении скорости приповерхностного ветра.
В данной работе решается задача построения эмпирической двухпараметрической зависимости скорости ветра от дисперсии наклонов и сечения обратного рассеяния. В качестве исходных данных использовался массив данных, включающий данные морских буев (скорость ветра) и данные сканирующего PR-радиолокатора (сечение обратного рассеяния, углы падения) за 2001-2009 годы.
На первом этапе разработки алгоритма в приближении метода Кирхгофа для обратного рассеяния были восстановлены дисперсии наклонов и сечение обратного рассеяния при нулевом угле падения для каждого буя. Была разработана процедура обработки данных, позволяющая оценивать точность восстановления дисперсии наклонов. Для этого применялись 4 критерия отсева выбросов и два независимых алгоритма восстановления дисперсии наклонов и сечения рассеяния при надире.
На втором этапе измеренная дисперсия наклонов используется для определения коэффициентов двухпараметрического алгоритма. Сравнение скорости ветра, восстановленной по двухпараметрическому алгоритму, и данных буев показало значительное увеличение точности по сравнению с известным однопараметрическим алгоритмом.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 10-05-00181-а и 11-05-97014-р-п-а) и программы ОФН РАН «Радиофизика».