Математическое моделирование отражения электромагнитных волн от взволнованной морской поверхности

В настоящее время для исследования процессов, протекающих в океане, широко применяются методы дистанционного наблюдения Земли из космоса. Особое место среди них занимает активное зондирование морской поверхности радиолокаторами с синтезированной апертурой. Важным преимуществом радиолокационных средств перед оптическими сенсорами является возможность получения информации вне зависимости от погодных условий, состояния атмосферы и освещенности. Развитие экспериментальных методов радиолокационного наблюдения морской поверхности требует наличия соответствующего теоретического аппарата.
Для решения задачи рассеяния электромагнитных волн (ЭМВ) взволнованной морской поверхностью большое распространение получили приближенные аналитические методы, такие как метод малых приближений и метод Кирхгофа. Недостатком этих методов является ограниченная область применения и недостаточно высокая точность. По этой причине для описания всего многообразия физических процессов, происходящих при взаимодействии электромагнитного излучения с поверхностью океана, в настоящее время широко применяются методы численного моделирования.
На практике для описания рассеяния ЭМВ на шероховатой поверхности часто применяется техника численного решения уравнений Максвелла в интегральной форме с использованием метода моментов. В настоящей работе данная техника была использована для анализа отражательных характеристик морской поверхности в СВЧ-диапазоне.
Разработанная математическая модель позволила провести расчет удельной эффективной поверхности рассеяния (уЭПР) морской поверхности, волнение которой описывается спектром Пирсона-Московица. Спектр Пирсона-Московица хорошо описывает вклад длинных гравитационных волн в общую структуру морского волнения, но не содержит в себе информации о коротких капиллярных волнах. Поскольку гравитационные волны на воде имеют длину волны 5 см и более, область применимости рассматриваемой математической модели рассеяния ЭМВ ограничивается дециметровым и более длинноволновыми диапазонами.
В результате моделирования были получены отражательные характеристики рассеяния ЭМВ в интервале углов скольжения от 10 до 90 градусов при скоростях метра до 7-8 м/с, которые хорошо соотносятся с известными экспериментальными данными. Однако при углах скольжения меньше 10 градусов и/или при скорости ветра более 8 м/с наблюдаются количественные расхождения, обусловленные неполнотой описания динамики морской поверхности. Для преодоления этих ограничений требуется развитие полученной модели для описания отражения ЭМВ от двухмерной морской поверхности с учетом возбуждения капиллярных волн.