Эмпирическая модель спектра ГКВ, полученная на основе данных дистанционных радиополяриметрических наблюдений

Определение формы спектра ветрового волнения в гравитационно-капиллярном интервале волновых чисел является одной из наиболее сложных задач в исследовании поверхности океана. Знание параметров гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) и влияния на них различных факторов в природных условиях имеет огромное значение как для решения фундаментальных задач, связанных с изучением процессов в системе "океан-атмосфера", так и для широкого спектра прикладных задач, наиболее показательной из которых является правильная интерпретация данных дистанционного зондирования Мирового океана микроволновыми средствами из Космоса.
За последние десятилетия был проведен ряд экспериментов с целью получения соответствующих данных с помощью оптических и радиолокационных методов, однако, значительный разброс полученных результатов не позволяет оценить ситуацию в этой области как удовлетворительную. Расхождение предсказаний различных моделей ветрового волнения и опубликованных результатов экспериментальных измерений, как в бассейнах, так и открытом море, очень велико для волн короче 10 см, а оценки спектральной плотности отличаются на порядок величины и более.
В настоящей работе представлены предварительные результаты разработки эмпирической модели спектра ветровых ГКВ. Модель охватывает диапазон волновых чисел от 0,31 до 40,0 рад/см и может использоваться для модельных оценок ненаправленного спектра кривизны развитого волнения в диапазоне скоростей приповерхностного ветра от 3,0 до 12 м/с.
Отличительной особенность представленной модели является то, что при ее разработке использовались данные дистанционной диагностики состояния водной поверхности. Метод нелинейной радиотепловой резонансной спектроскопии (НРРС), разработанный в ИКИ РАН, основан на резонансном характере излучения коротковолновых компонент ветровых волн и позволяет восстанавливать параметры спектра ГКВ на основе данных дистанционных измерений характеристик частично поляризованного собственного излучения морской поверхности.
Разработанная модель основана на результатах статистической обработки обширного банка данных микроволнового зондирования, накопленного коллективом ИКИ. В частности, в него вошли результаты трех лет натурных исследований с океанографической платформы "Кацивели" (данные натурных экспериментов серии "CAPMOS" 2005, 2007 и 2009 гг.).
Помимо этого, в работе представлены результаты сравнения различных модельных оценок спектральных характеристик ветровых волн в гравитационно-капиллярном интервале ([Apel, 1994], [Durden et al., 1985], [Elfouhaily et al., 1997], [ Romeiser et al., 1997]). Разработанная модель спектра ГКВ демонстрирует не только значительно большие (в два и более раза, в зависимости от рассматриваемой скорости приповерхностного ветра) значения в области второго спектрального максимума, но и инвариантность его положения к интенсивности ветрового потока. Объяснением значительных расхождений в предсказаниях разработанной и существующих моделей волнения являются, в первую очередь, использование данных измерений в естественных условиях, а также привлечение дистанционного метода диагностики состояния морской поверхности.

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.