Исследование радиационно-ветровой зависимость собственного радиотеплового излучения водной поверхности на частоте 37,7 Ггц

В настоящее время огромную часть информации используемую для экологических, климатологических и океанологических исследований предоставляют системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса. Эффективность и практичность данных систем наблюдения уже не вызывает сомнения. Однако, проведение натурных измерений близ поверхности не ушли на "второй план". Это связано, прежде всего с постоянной необходимостью совершенствования методик измерений и интерпретации данных ДЗЗ, а также с разработкой и тестированием нового оборудования.
Начиная с 2005г. группой ученных из ИКИ РАН проводились экспериментальные исследования в рамках проектов "CAPMOS" (Combined Active/Passive Microwave Measurements of Wind Waves for Global Ocean Salinity Monitoring). Данные исследования были выполнены на океанографической платформе, находящейся на южной оконечности полуострова Крым близ п. Кацивели. Условия в данном районе Черного моря позволяют относить измерения к условиям глубокой воды и развивающегося волнения. Кроме того, продолжительные эксперименты позволили накопить временные ряды данных полученные при различных метеоусловиях.
В настоящей работе представлены исследования зависимости собственного радиотеплового излучения взволнованной водной поверхности от скорости ветра на основе данных, накопленных в результате серии экспериментов "CAPMOS". Основное внимание уделено построению и анализу радиационно-ветровых зависимостей на основе данных измерений, полученных посредством радиометра-поляриметра с центральной частотой принимаемого излучения 37,7 ГГц в диапазоне вертикальных углов наблюдения 30...80 градусов. Проведено сравнение экспериментально полученных зависимостей с рассчитанными приращениями радиотеплового излучения взволнованной водной поверхности по четырем моделям, а так же с известными в литературе исследованиями. Для модельных расчетов использовались теоретические модели основанные на спектре гравитационно-капиллярного волнения. Кроме того, использовалась эмпирическая модель ветрового волнения, полученная в результате многолетнего анализа спутниковых измерений прибором SSM/I (Special sensor microwave/imager).
К основным результатам работы относится согласие полученных результатов с предшествующими экспериментальными исследованиями. Однако, результаты модельных оценок радиационно-ветровой отличаются друг от друга. На вертикальной поляризации модельные и экспериментальные оценки совпадают для углов порядка 45 градусов от надира, но при изменении угла начинают расходится. Так, например, для углов порядка 30 градусов расхождение составляет порядка 1К, а для углов порядка 80 градусов − 6...7К. На горизонтальной поляризации экспериментальные оценки близки к модельным (3 из 4-х моделей) в диапазоне вертикальных углов 30...50 градусов, а одна из моделей в диапазоне углов 30...65 градусов превышает экспериментальные оценки на 1,5К.
Среди используемых моделей собственного излучения водной поверхности, только модель построенная на основе измерений SSM/I полностью совпадает с экспериментальными данными на вертикальной поляризации и в диапазоне углов 30...60 градусов на горизонтальной поляризации, а для углов более 60 градусов появляется расхождение между модельными и экспериментальными оценками которое увеличивается при увеличении угла наблюдения.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №14-02-00839_а