Пространственная картина теплового излучения морской поверхности в условиях умеренного поверхностного волнения

Повышение точности измерительной техники и значительное увеличение базы данных дистанционных радиополяриметрических наблюдений поверхности моря позволяет расширять спектр задач дистанционного зондирования, которые могут быть решены методами пассивной радиометрии. Одной из приоритетных задач данного направления является восстановление параметров спектра ветровых волн методом нелинейной резонансной радиотепловой спектроскопии (метод НРРС). Следует отметить, что в настоящее время, с использованием метода НРРС частично решена задача восстановление параметров ненаправленного спектра ветровых волн в гравитационно-капиллярном интервале морского волнения. Имеющиеся экспериментальные данные и положительные результаты апробации метода НРРС позволяют надеяться на решение задачи восстановления не только усредненной по азимуту формы спектра ветрового волнения, но и функции его пространственного распределения. Однако, развитие метода НРРС невозможно без выполнения соответствующих модельных расчетов, направленных на вычисление характеристик собственного радиотеплового излучения водной поверхности с учетом пространственной анизотропии ветрового волнения.
В настоящей работе представлены результаты модельных расчетов пространственной картины собственного радиотеплового излучения морской поверхности. Для вычисления пространственной структуры волнового поля, являющейся входными данными при проведении электродинамических расчетов, выбрана модель [Elfouhaily et al., 1997], позволяющая выполнять расчет не только формы спектра, но и его пространственного распределения для различных условий волнообразования. Расчет вклада длинноволновых и коротковолновых компонент волнения выполняется отдельно, по методу Кирхгофа в приближении геометрической оптики и в соответствии с теорией «критических явлений» в приближении метода малых возмущений, соответственно. В представленных результатах учтен эффект самозатенения элементов крупных волн при вычислении вклада длинноволновых компонент волнения в приращение яркостной температуры.
Представлены результаты вычисления интенсивности собственного излучения обусловленного отдельно длинноволновыми и коротковолновыми компонентами волнения для произвольных (по азимуту и углу места) углов наблюдения. Кроме того, представлены результирующие значения радиояркости взволнованной морской поверхности, рассчитанные для скоростей ветра 5,0, 10,0 и 15,0 м/с. Расчет выполнен для следующих условий наблюдения: длина волны принимаемого излучения – 0,8 см; температура водной поверхности – 20,0 °С; температура окружающей среды – 20,0 °С; интегральное поглощение атмосферы – 0,0850; соленость водной среды – 17,0‰.
Кроме того, рассмотрен вопрос о необходимости учета разного времени отклика на ветровое воздействие длинноволновых и коротковолновых компонент. В качестве первого приближения предложено определение результирующего значения яркостного контраста путем сложения вклада длинных и коротких волн с фазовым сдвигом, равным углу между генеральным направлением распространением волнения и вектором скорости приповерхностного ветра.

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