Динамика морского волнения по сериям фотографий морской поверхности

В ходе комплексных экспериментов «Кацивели-2007» были получены длинные серии фотографий взволнованной морской поверхности. По сравнению с предыдущими экспериментами «Кацивели-2005» [1] удалось существенно улучшить периодичность съемки, выполняя каждые 10 минут в автоматическом режиме по 3 – 5 фотографий в течение 1 – 1.5 секунды. Объем полученной информации позволил применить новые методы обработки (по отношению к разработанным ранее для данных «Кацивели-2005»), в частности, открыл возможность для исследования динамики характеристик волнения, рассчитываемых как по ранее предложенным авторами алгоритмам [2], основанным на анализе цветовых компонент фотографий, так и по другим методикам [3]. «Динамический» подход представляется авторам одним из наиболее перспективных по двум причинам. Во-первых, при сопоставлении с данными независимых наблюдений, длинные временные ряды полнее и надежнее отражают существующие между ними связи (особенно в условиях многофакторности и нелинейности этих связей, где волнение является лишь одним из факторов) [2]. Во-вторых, непосредственное изучение эволюции рассчитываемых по фотографиям параметров позволяет получить информацию качественного характера о динамике волнения без привлечения дополнительных данных и процедур калибровки, а, в ряде случаев, оценить адекватность описания режима волнения теми или иными параметрами.
В рамках «динамического» подхода авторы применили несколько алгоритмов обработки фотографий. В первом из них реализован расчет оптических характеристических параметров и исследованы полученные временные ряды в сопоставлении с независимыми экспериментальными данными, что явилось продолжением ранее начатой работы [2]. Второй алгоритм разработан авторами специально для анализа длинных серий фотографий, выполненных с короткими интервалами, и связан с попыткой отследить перемещение волновых пакетов в поле зрения фотоаппарата. Методом согласованной фильтрации локализовали на последовательности фотографий «повторяющиеся» характерные особенности морской поверхности. Вычислив векторы смещения «одинаковых неровностей», связанных, предположительно, с распространением одного волнового пакета, получили возможность указать генеральное направление и характерные групповые скорости пакетов. Меняя размеры «окон», наблюдали пакеты с разными центральными пространственными частотами, а также исследовали устойчивость алгоритма к малым вариациям данных.
Третий алгоритм связан с оценкой характеристик волнения по статистике бликов и является адаптацией оригинального алгоритма, предложенного в [3]. Здесь, помимо сопоставления с результатами работы других алгоритмов, интерес представляла устойчивость оценок по отношению к небольшим вариациям данных, которая исследовалась путем обработки серий последовательных фотографий, полученных при неизменных параметрах: геометрии наблюдения, освещенности и скорости ветра.

Литература
1. Поспелов М.Н., Ю.А. Горячкин, Н.Ю. Комарова и др. Комплексны радиофизический эксперимент по дистанционному зондированию морской поверхности CAPMOS’05, Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Сб. научных статей (ред. Е.А. Лупян и О.Ю. Лаврова), М: GRANP polygraph, т.1, 337-348, 2007.
2. Ермаков Д.М., М.Т. Смирнов, А.В. Кузьмин и др. Анализ взаимосвязи характеристик волнения, полученных с помощью СВЧ радиометрических измерений и цифровых фотографий морской поверхности, Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Сб. научных статей (ред. Е.А. Лупян и О.Ю. Лаврова), М: GRANP polygraph, 2008 (в печати).
3. Cureton G.P., Anderson S.J, Lynch M.J. et al. Retrieval of wind wave elevation spectra from sunglint data, IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, V.45, N9, 2829-2836, 2007.