Лабораторные исследования влияния поверхностных пленок на профиль нелинейных гравитационно-капиллярных волн и на радиолокационное рассеяние мм-диапазона

Одной из важнейших и пока не до конца решенных проблем дистанционного зондирования морской поверхности является исследования физических механизмов рассеяния микроволнового излучения на гравитационно-капиллярных волнах сантиметрового и дециметрового диапазона при наличии или отсутствии сликов (англ. slick). Данная проблема, наряду с фундаментальным аспектом, связанным с построением адекватных моделей рассеяния микроволн, имеет важный прикладной аспект, обусловленный необходимостью дистанционной диагностики биогенных или антропогенных загрязнений поверхности океана. При решении указанных задач принципиально важным оказывается исследование особенностей структуры профиля мелкомасштабных поверхностных волн, с которыми связывается основной вклад в радиолокационное рассеяние.
Целью данной работы является, во-первых, изучение динамических характеристик гравитационно-капиллярных волн см-дм-диапазона длин конечной амплитуды, а именно, профиля этих волн, для которого, как известно, характерно наличие ряда особенностей, включая области с высокой кривизной и паразитной капиллярной рябью на переднем склоне. Вторая часть работы связана с изучением характера обратного рассеяния радиоволн при умеренных углах излучения на указанных выше волнах.
В ходе лабораторных экспериментов в овальном ветро-волновом бассейне ИПФ РАН с использованием специально разработанного оптического метода визуализации волнового профиля и методики обработки данных были получены оцифрованные профили гравитационно-капиллярных волн конечной амплитуды и представлены зависимости характеристик ( в частности, дисперсии высот паразитной ряби) в зависимости от амплитуды волны , а также от характеристик пленок поверхностно-активных веществ на воде. Анализ результатов измерений характеристик радиолокационного сигнала на различных (вертикальной и горизонтальной) поляризациях при умеренных углах падения микроволнового излучения показал, что при отсутствии органической пленки вклад в рассеяние вносит как квазизеркальная, так и брэгговская компонента. Это, предположительно, связано с вкладом различных участков профиля см-дм-волн в сигнал обратного рассеяния: на участках наибольших наклонов профиля волны может преобладать квазизеркальное рассеяние, а на остальных участках профиля, где малы наклоны в томи числе и паразитной капиллярной ряби, доминирует брэгговский механизм рассеяния. Отметим при этом, что вклад в последний могут давать еще и свободные капиллярных волны, которые возбуждаются из-за особенностей работы волнопродуктора и конструкции бассейна. В присутствии же органической пленки относительный вклад квазизеркальной (небрэгговской) компоненты возрастает в силу эффекта подавления капиллярной ряби, как свободной, так и паразитной, более сильного, чем эффекты влияния пленки на крутизну профиля несущих см-дм-волн.
Работы выполнена в рамках проектов РФФИ (проекты 17-05-00448, 19-05-00605 ), а также темы гос. задания "Разработка радиофизических методов исследования океана" (0035-2019-0006)