Исследование динамики спектра ГКВ по результатам серии натурных экспериментов «CAPMOS»

В работе представлены некоторые результаты натурных исследований микроволнового излучения взволнованной водной поверхности, выполненных в период с 2005 по 2009 гг. в рамках серии международных экспериментов "CAPMOS" (Combined Active/Passive Microwave Measurements of Wind Waves for Global Ocean Salinity Monitoring). Все описываемые в работе результаты были получены с исследовательской платформы "Кацивели", расположенной на южной оконечности полуострова Крым близ п. Кацивели, Украина.
Целью экспериментов серии "CAPMOS" являлось изучение взаимосвязи характеристик частично поляризованного собственного излучения морской поверхности в микроволновом диапазоне и ее состояния при различных метеорологических условиях, присутствии пленок ПАВ, а так же различных условиях волнообразования.
Приоритетной задачей экспериментов являлось исследование характеристик спектра гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) на основе данных дистанционных радиополяриметрических измерений. Для этих целей применялась оригинальная методика нелинейной резонансной радиотепловой спектроскопии (НРРС), разработанная коллективом ИКИ РАН. В соответствии с разработанной методикой, используя данные угловых измерений интенсивности собственного излучения морской поверхности, оказывается возможным осуществить переход (в результате решения системы интегральных уравнений, сформированных на основе двух масштабной модели излучения ветровых волн) к таким характеристикам волнения, как: ненаправленный спектр кривизны ГКВ и усредненные по азимутальному углу функции дисперсии уклонов и дисперсии уклонов крупных волн.
Использование метода НРРС позволило не только восстанавливать указанные характеристики спектра ГКВ, но отслеживать их динамику в ходе проведения исследований. Период получения сведений о состоянии водной поверхности составляет, в среднем, 20 минут, что обусловлено временем измерения пространственной картины теплового излучения морской поверхности для всего диапазона вертикальных и азимутальных углов визирования. В работе представлены временные диаграммы поведения различных спектральных компонент волнения. Показано, что восстановленные характеристики волнения хорошо коррелируют со скоростью приповерхностного ветра.
Следует особо отметить, что платформа "Кацивели" находится на расстоянии около 600 м от берега при глубине моря около 30 м. При господствующих ветрах восточного и западного направления, тем более при южном ветре со стороны открытого моря, обеспечивается достаточный разгон ветровых волн, что позволяет относить волновые измерения к условиям глубокой воды и развитого волнения. В связи с этим, наблюдаемая корреляция характеристик спектра со скоростью ветра является не только подтверждением достоверности их восстановления, но и позволяет использовать полученные результаты для разработки эмпирической модели спектра ГКВ.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ №08-05-00890-а, №09-02-00780-а, №09-05-10075-к, №10-02-10019-к, №10-05-10054-к и гранта Президента РФ № МК-927.2009.2.