Третий параметр Стокса собственного излучения взволнованной морской поверхности. Результаты натурных измерений

Работа посвящена анализу данных натурного эксперимента по исследованию собственного радиотеплового излучения взволнованной морской поверхности. Эксперимент проводился на платформе ЧГП РАН в период с сентября по ноябрь 2019 года. Отличительной особенностью экспериментальных работ 2019 года было проведение измерений на двух дополнительных поляризациях (помимо вертикальной и горизонтальной), повернутых на 45 градусов ("по" и "против" часовой стрелки) относительно вертикальной. Проведение измерений в полном поляризационном базисе существенно повышает информативность проводимых исследований. В частности, позволяет решать задачу восстановления вектора скорости приповерхностного ветра на основе данных дистанционных радиополяриметрических измерений. В связи с этим, одной из задач экспедиции была проверка методов определения направления ветрового потока, разработанных сотрудниками ИКИ РАН при непосредственном участии авторов настоящей работы.
При проведении эксперимента выполнялось сканирование пространства двумя идентичными радиометрами-поляриметрами с рабочей длиной волны 8 мм. Чередовались вертикальные проходы на нескольких фиксированных и равноразнесенных азимутальных углах с горизонтальными, выполняемыми на различных (в том числе и "классических" - 53 и 65 градусов) углах места. Именно последние должны были позволить рассчитать азимутальную зависимость величины третьего параметра Стокса, которая является входными данными при решении задачи определения направления приповерхностного ветра.
Анализ полученных экспериментальных зависимостей выявил их существенное расхождение как с результатами предварительных модельных оценок, так и с данными других авторов, описанными в литературе. Было показано, что результаты измерений содержат аддитивную ошибку, величина которой имеет гармонических характер зависимости от азимутального и вертикального углов визирования. Характер ошибки практически не зависит от метеорологических условий, проявляется одинаково в данных обоих радиометрических приемников, но имеет разную амплитуду, достигающую величины 20 К.
Среди возможных причин наблюдаемого эффекта (вариации коэффициентов усиления радиометров, механические повреждение вращателя поляризации на эффекте Фарадея, присутствие сторонних источников излучения и т.д.) неконтролируемое изменение положения приемников в пространстве было выделено в качестве основной.
Содержательная часть настоящей работы посвящена анализу условий реализации эксперимента, выполненному как на основе непосредственно радиометрических измерений, так и с привлечением данных камер видеонаблюдения. Продемонстрировано, что при выполнении измерений реальная ориентация прибора отличалась от ожидаемой, определяемой по данным угловых датчиков контроля. Восстановлена реальная геометрия сканирования в эксперименте. Продемонстрировано, что при измерении третьего параметра Стокса излучения морской поверхности минимальные ошибки в позиционировании прибора могут служить источником неконтролируемых ошибок с амплитудой, существенно превышающей исследуемые эффекты и явления.
Работа выполнена при поддержке темы «Мониторинг» (Государственное задание № 01.20.0.2.00164) и гранта РФФИ № 18-02-01009-а.