Влияние пленок поверхностно-активных веществ
на контраст радиолокационного изображения
длинных поверхностных и внутренних волн

Длинные поверхностные и внутренние волны на морской поверхности проявляются на радиолокационных изображениях см-мм диапазона из-за модуляции коротких ветровых волн, вызванной неоднородными течениями, создаваемыми этими волнами. Обычно при анализе изменчивости радиолокационного сигнала принимаются во внимание следующие механизмы: кинематическая модуляция коротких волн на течении, модуляция коротких ветровых волн из-за трансформации поля ветра в присутствии поверхностного течения, а также изменение интенсивности радиолокационного рассеяния из-за геометрических эффектов, в т.ч., изменения локального угла падения из-за наклонов длинных волн (последние два эффекта важны для поверхностных волн). Для описания вариаций интенсивности радиолокационного сигнала обычно используется понятие модуляционной передаточной функции (МПФ), модуль которой характеризует контраст изображения волн, а фаза – распределение интенсивности сигнала по длинной волне. Перечисленные выше физические механизмы модуляции в значительной степени исследованы, однако они не объясняют наблюдаемого увеличения контраста изображения длинных волн в присутствии пленок ПАВ. Возможной причиной недостаточно высоких величин контраста, полученных при модельных расчетах является неучет эффектов, связанных с поверхностными пленками. Для оценки роли последнего фактора нами проведены специальные лабораторные исследования.
Лабораторные эксперименты проводились в ветро-волновом бассейне ИПФ РАН. На поверхности возбуждались короткие ветровые волны с длинами от нескольких см до нескольких дм, а также поверхностные и внутренние волны с длинами порядка 1 метра, на поверхность воды наносилась пленка поверхностно-активного вещества (ПАВ). В экспериментах с внутренними волнами их скорость выбиралась близкой к скорости ветрового дрейфа, при этом реализовался режим сильной модуляции концентрации ПАВ с максимумами на гребне или заднем склоне волны. Радиолокационное зондирование проводилось с использованием скаттерометра Ка-диапазона. Одновременно с измерением МПФ радиолокационного сигнала измерялись скорость дрейфа, ветра. Для измерения вариаций концентрации ПАВ проводился отбор проб пленок сеточным методом и далее исследовались характеристики пленок методом параметрических волн. Эксперименты подтвердили, что модуль МПФ как в поле внутренних, так и в поле длинных поверхностных волн, увеличивается при увеличении концентрации пленки. Объяснение этого эффекта было дано в предположении о значительном вкладе паразитной капиллярной ряби в спектр коротких гравитационно-капиллярных волн и изменении этого вклада при изменении концентрации пленки. Пленка на поверхности приводит к сравнительно небольшой модуляции дм-волн, что, однако, в силу нелинейного механизма возбуждения паразитной ряби дм-волнами вызывает сильную модуляцию волн мм-диапазона. Изменение вклада паразитной ряби в спектр мм волн подтверждается экспериментально при анализе доплеровского сдвига радиолокационного сигнала. В поле внутренних волн значительный вклад вносится также изменчивостью концентрации пленки, и, соответственно, изменчивостью степени гашения, как свободных волн, так и паразитной ряби.
Увеличение МПФ радиолокационного сигнала в поле длинных поверхностных и внутренних волн наблюдались в натурных условиях с океанографической платформы в Черном море при проведении экспериментов с искусственными сликами и при наблюдении внутренних волн.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 11-05-00295, 12-05-31237, 13-05-90429 Укр_ф_а, 13-05-97058, 13-05-97043), РАН (Программа Радиофизика) Правительства РФ (Гранты No. 11.G34.31.0048, 11.G34.31.0078).