ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 4
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
English page
DOI 10.30898/1684-1719.2020.4.8
УДК 537.877+532.5.013
ОПИСАНИЕ УКЛОНОВ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ПРИЛОЖЕНИЯХ, СВЯЗАННЫХ С ОТРАЖЕНИЕМ РАДИОВОЛН
А. С. Запевалов 1,2, А. С. Князьков 1, И. П. Шумейко 2
1 Морской гидрофизический институт РАН, 299011, Севастополь, ул. Капитанская, 2
2 Севастопольский государственный университет, 299053, Севастополь, ул. Университетская, 33
Статья получена 27 марта 2020 г., после доработки - 7 апреля 2020 г.
Аннотация. Анализируются зависимости дисперсии уклонов морской поверхности от диапазона длин создающих их поверхностных волн. Анализ включает две составляющие: численное моделирование и сопоставление полученных с его помощью результатов с данными дистанционного зондирования в радиодиапазоне, а также с данными in situ измерений. При численном моделировании используются широкополосные модели спектров поверхностных волн, описывающие волновое поле на масштабах от длинных доминантных волн до короткой ряби. Для сопоставления использованы данные радиометрических и радиолокационных измерений, а также измерений лазерным уклономером, струнными волнографами и волнографическими буями. Показано, что полученный характер зависимости дисперсии уклонов от диапазона длин волн в целом соответствует данным измерений. Существенное различие имеет место на длинах волн короче 0.01 м.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, морские волны, радиоволны, уклоны морской поверхности, ветер, статистические моменты второго порядка.Abstract. The paper analyzes variations of sea surface slope dispersion with different-length surface waves that create the slopes. The analysis includes numerical modeling and comparison of results obtained using it with remote sensing data in the radio range as well as with in situ measurements. In numerical modeling, broadband models of surface wave spectra are used, which describe the wave field from long dominant waves to short ripples. To compare results we used data of radiometric and radar measurements as well as data of measurements performed using a laser inclinometer, string waveographs, and waveographic buoys. It is shown that the obtained type of slope dispersion variation with the wavelength range in general corresponds to the measurement data. A significant difference is noted at wavelengths not exceeding 0.01 m.
Key words: remote sensing, sea waves, radio waves, sea surface slopes, wind, statistical moments of the second order.
Литература
1. Zapevalov A.S. Statistical characteristics of the moduli of slopes of the sea surface // Physical Oceanography. 2002. Vol. 12. No 1. P. 24-31.
2. Пустовойтенко В.В., Лебедев Н.Е. Сравнение статистических моментов уклонов морской поверхности, полученных по данным оптических сканеров и лазерных уклономеров // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 1. С. 102-109.
3. Libard S.C., Krimmet E.J., Thebaut L.R. Evans, D.D., Shemdin, O.H. Optical image and laser slope meter intercomparisons on high-frequency waves // J. Geophys. Res. 1980. Vol. 85. P. 4996-5002.
4. Tang S., Shemdin O.H. Measurement of high frequency waves using a wave follower // J. Geophys. Res. 1983. Vol. 88. P. 9832-9840.
5. Hasselmann D.E., Dunckel M., Ewing J.A. Directional wave spectra observed during JONSWAP 1973 // J. Physical Octanogr. 1980. Vol. 10, No. 8. P. 1264-1280.
6. Donelan M.A., Hamilton J., Hui W.H. Directional spectra of wind-generated waves // Philos. Trans. Roy. Soc. 1985. A315. P. 509-562.
7. Князьков А.С. Моделирование морской поверхности при квазизеркальном отражении радиоволн // В сборнике: Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах. М: ООО «Принт-Про», 2019, С. 86-88.
8. Apel J.R. An improved model of the ocean surface wave vector spectrum and its effects on radar backscatter // J. Geophys. Res. 1994. Vol.99. No C8.P. 16269-16291.
9. Liu Y., Su M.-Y., Yan X.-H., Liu W.T. The mean-square slope of ocean surface waves and its effects on radar backscatter // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. 2000. Vol. 17. P. 1092-1105.
10. Elfouhaily T., Chapron B., Katsaros K., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. P.15781-15786.
11. Cheng Y., Liu Y., Xu Q. A new wind-wave spectrum model for deep water // Indian Journal of Marine Sciences. 2006. Vol. 35(3). P. 181-194.
12. Cox C., Munk W. Measurements of the roughness of the sea surface from photographs of the sun glitter // J. Optical. Soc. America. 1954. Vol. 44. No 11. P. 838-850.
13. Запевалов А.С. Распределение дисперсии уклонов морской поверхности по пространственным диапазонам, создающих их волн // Современны проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 211-219.
14. Hasselmann D.E., Dunckel M., Ewing J.A. Directional wave spectra observed during JONSWAP 1973 // J. Physical Oceanogr. 1980. Vol. 10.No 8. P. 1264-1280.
15. Басс Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука. 1972. 424 с.
16. Wu S.T., Fung A.K. A noncoherent model for microwave emissions and backscattering from sea surface // J. Geophys. Res. 1972. Vol. 77. No. 30. P. 5917-5929.
17. Данилычев М.В., Николаев А.Н., Кутуза Б.Г. Использование метода Кирхгофа для практических расчетов в микроволновой радиометрии взволнованной морской поверхности // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 8. С. 915-925.
18. Liu Y., Su M.-Y., Yan X.-H., Liu W.T. The mean-square slope of ocean surface waves and its effects on radar backscatter // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. 2000. Vol. 17. P. 1092-1105.
19. Филлипс О.М. Динамика верхнего слоя океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 319 с.
20. Chen P., Yin Q., Huang P. Effect of non-Gaussian properties of the sea surface on the low-incidence radar backscatter and its inversion in terms of wave spectra by an ocean wave // Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2015. Vol. 33. No. 5. P. 1142-1156.
21. Hughes B.A., Grant H.L., Chappell R.W.A. A fast response surface-wave slope meter and measured wind-wave components // Deep-Sea Res. 1977. Vol. 24. No.12. P. 1211-1223.
22. Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Бабий М.В. Статистические характеристики уклонов морской поверхности при разных скоростях ветра // Океанология. 1992. Т.32. вып. 3. С. 452-459.
23. Калинин С. А., Лейкин И. А. Измерение уклонов ветровых волн в Каспийском море // Изв. АН СССР, Сер. Физика атмосферы и океана. 1988. Т. 24. № 11. С. 1210-1217.
24. Longuett-Higgins M.S., Cartwrighte D.E., Smith N.D. Observation of the directional spectrum of sea waves using the motions of the floating buoy // Pro. Conf. Ocean Wave Spectra. Englewood Cliffs. N. Y.: Prentice Hall, 1963. P. 111-132.
25. Danilytchev M.V., Kutuza, B. G., Nikolaev A.G. The Application of Sea Wave Slope Distribution Empirical Dependences in Estimation of Interaction Between Microwave Radiation and Rough Sea Surface // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2009. Vol. 47. No. 2. P. 652–661.
26. Запевалов А.С. Влияние длинных ветровых волн на отражение электромагнитного излучения морской поверхностью // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 6. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jun19/8/text.pdf. DOI: 10.30898/1684-1719.2019.6.8
Для цитирования:
Запевалов А.С. Князьков А.С., Шумейко И.П. Описание уклонов морской поверхности в приложениях, связанных с отражением радиоволн. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. № 4. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/apr20/8/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2020.4.8