Тепловое поглощение плоской электромагнитной волны произвольной поляризации на синусоидальной границе водной поверхности

Дистанционные аэрокосмические методы сегодня играют определяющую роль в исследованиях Мирового океана. В свою очередь, микроволновые радиометрические измерения в дистанционном зондировании океана занимают одно из ведущих мест. С помощью микроволновой радиометрии удается определять такие важнейшие параметры системы океан-атмосфера как температура поверхности океана, скорость и направление приповерхностного ветра, интегральные параметры влажности и содержания водяного пара в атмосфере и т.п. Значительные усилия последние годы направлены на разработку методов определения солености поверхностного слоя океана. Все это требует постоянного исследования физических механизмов формирования поляризационных характеристик собственного и рассеянного микроволнового излучения шероховатой поверхностью.
поля для падающей прошедшей и отражённой волн запишутся в виде бесконечных рядов по периоду модуляции границы. Для решения этой задачи будем использовать подход, основанный на разделении поляризаций. Падающая волна разбивается на две группы полей:
, , ; (1)
, , . (2)
Компоненты волны (1) и (2) переходят в горизонтальную и вертикальную поляризации, соответственно, при нормальном падении. При этом группа (1) возбуждает прошедшую и отражённую волну с теми же компонентами полей (2) и соответственно группа (1) определяет цуг волн компонентами (2).
Следует отметить, что подобная терминология продиктована исключительно соображениями удобства и некоторой аналогии с формулами Френеля для плоской границы. Другими словами, нужно рассматривать дальнейшие выкладки как обобщение формул Френеля для синусоидальной границы и цуга волн. В дальнейшем будем именовать тройку компонент (1) горизонтальной поляризацией (Гор), а тройку (2) – вертикальной поляризацией (Вер).
При падении под произвольным углом для волны произвольной поляризации в среде возникают сразу 2 волны –вертикальной и горизонтальной поляризаций. При этом Ey компонента (в нашей геометрии) падающей волны (и, соответственно, Hx, Hz) возбуждают в среде E волну (горизонтальную поляризацию), а Hy, компонента падающей волны (и, соответственно, Ex, Ez) возбуждают в среде H волну (вертикальную поляризацию). В этом случае в среде распространяются обе волны, для которых коэффициенты разложения электромагнитных полей по плоским волнам Bn и Cn , которые будут определены ниже, существенно различны.
Расчет проходит по следующей схеме. Сначала по известным компонентам (Hy, Ex, Ez) падающей волны находятся коэффициенты разложения для вертикальной поляризации. Затем по компонентам (Ey, Hx, Hz) падающей волны находятся коэффициенты Bn и Cn для горизонтальной поляризации. Суммарные поля Е и Н находятся векторным сложением.


В работе развивается теория взаимодействия плоско-поляризованной монохроматической электромагнитной волны с синусоидальной морской поверхностью. Получено точное решение волнового уравнения на синусоидальной границе вода-воздух для произвольной поляризации. Граничные условия на периодической поверхности разлагаются в ряды Фурье по пространственным гармоникам. После чего приравниваются коэффициенты при одинаковых экспонентах. Это приводит к бесконечномерной системе линейных уравнений, которая решается с любой выбранной степенью точности, в силу ее диагональной сходимости.
На основе полученного решения проведены расчеты коэффициента поглощения, излучения и радиояркостной температуры морской поверхности от различных параметров. Показаны резонансные особенности в коэффициентах излучения и поглощения. Максимальные эффекты связаны, как это и ожидалось, с вертикальной поляризацией излучения. Проведено сравнение полученных результатов с лабораторными экспериментами.