Выбор модели диэлектрической проницаемости соленой воды при решении задач пассивной радиополяриметриии

Многие явления и процессы, происходящие на границе раздела океан-атмосфера, не поддаются изучению с помощью традиционных контактных средств. Одним из наиболее эффективных методов зондирования объектов в радиодиапазоне является СВЧ – радиометрический метод, основанный на измерении собственного электромагнитного излучения объектов природной среды в диапазоне миллиметровых, сантиметровых и дециметровых волн.
Для практического применения больший интерес представляет не измеряемая приборами радиояркостная температура объектов, а определяемые по её значениям их строение и состояние, что неизбежно ведет к необходимости решения ряда обратных задач. Для этого требуется набор неких априорных знаний о влиянии на интенсивность собственного излучения всех дополнительных факторов, что эквивалентно наличию строгих аналитических зависимостей между параметрами излучающего объекта и радиояркостной температурой, которые на сегодняшний день не определены. Это объясняет попытки описания физических процессов радиоизлучения не строго аналитическими моделями, а некоторыми полуэмпирическими их аналогами, которых к сегодняшнему дню предложено достаточно большое количество. Однако, при существующем разнообразии моделей описания, встает проблема выбора той или иной модели, что является определяющим фактором при решении обратных задач, так как при использовании неадекватной модели, небольшие неточности в измеряемых величинах вызывают весьма существенные ошибки в величинах определяемых.
Целью настоящей работы является демонстрация зависимости результатов модельных расчетов радиояркости гладкой водной поверхности от выбора модели, описывающей диэлектрические свойства соленой водной среды. Для сравнения выбраны как широко известные модели диэлектрической проницаемости (например, Ulaby F.Т. et al., 1986) так и их модификации, разработанные для обеспечения наилучшей сходимости с данными лабораторных и натурных измерений (например, Александров Д.В., 2002).
Представленные в работе результаты моделирования охватывают широкий диапазон температур водной среды (от 273,0 до 353,0 К) и значений ее солености (от 0 до 200‰). Расчетные значения яркостных температур получены для фиксированного угла наблюдения 49,2 и без учета влияния нисходящего излучения атмосферы. Результаты моделирования относятся к случаям вертикальной и горизонтальной поляризациям принимаемого излучения на частотах 6,8 (4,412 см), 10,6 (2,830 см), 18,7 (1,604 см), 22,2 (1,351 см), 36,0 (0,833 см), 75,5 (0,397 см), 85,0 (0,353 см), 150,0 (0,2 см) ГГц.
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что выбор модели диэлектрической проницаемости является, по сути, ключевым этапом в процессе решения многих обратных задач на основе данных радиополяриметрических измерений.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №09-02-00780-а, №11-05-00493-а, №11-05-90407-Укр_ф_а и №11-02-10007-к.