ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2020. № 5
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.5.15
УДК 537.877+532.5.013
ЗАВИСИМОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОНЕНТ УКЛОНОВ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДИАПАЗОНОВ СОЗДАЮЩИХ ИХ ВОЛН
А. С. Запевалов 1,2, И. П. Шумейко 2, А. Ю. Абрамович 2
1 Морской гидрофизический институт РАН, 299011, Севастополь, ул. Капитанская, 2
2 Севастопольский государственный университет, 299053, Севастополь, ул. Университетская, 33
Статья поступила в редакцию 12 мая 2020 г.
Аннотация. Анализируется зависимость дисперсии продольной и поперечной относительно направления ветра компонент уклонов морской поверхности и их анизотропии от диапазона создающих их волн. Рассматривается диапазон с изменяющейся границей: от самых длинных ветровых волн и/или зыби до волн длиной λ0. Использованы данные зондирования в радио и оптическом диапазонах, а также данные измерений in situ (измерения лазерными уклономерами, струнными датчиками, волнографическими буями). Для продольной и поперечной компонент уклонов построены аппроксимации зависимости дисперсий и коэффициента анизотропии волнового поля от параметра λ0. Показано, что оценка коэффициента анизотропии, полученная в рамках известной модели Кокса-Манка, которая широко используется в приложениях, связанных с отражением электромагнитных волн, не согласуется с оценками этого коэффициента, рассчитанными по данными измерений in situ и по данными зондирования морской поверхности в радиодиапазоне.
Ключевые слова: морская поверхность, уклоны, дистанционное зондирование, модель Кокса-Манка.
Abstract. The dependence of the dispersion of the upwind and crosswind components of sea surface slopes and their anisotropy of the slopes on the range of waves that create them is analyzed. We consider a range with a changing boundary, from the the longest wind waves and/or swell to the to wavelengths λ0. We used data from radio and optical sensing, as well as in situ measurements (measurements by laser slopemeters, wave gauge, and wave buoys). Approximations of the dependence of the dispersion and anisotropy coefficient of the wave field on the parameter λ0 are constructed for the upwind and crosswind components of the slopes. It is shown that the estimation of the anisotropy coefficient obtained in the framework of the well-known Cox-Munk model, which is widely used in applications related to the reflection of electromagnetic waves from the sea surface, is not consistent with the estimates of this coefficient calculated from in situ measurements and from sea surface sounding data in the radio range.
Key words: sea surface, slopes, remote sensing, Cox-Munk model.
Литература
1. Басс Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности М.: Наука. 1972. 424 с.
2. Ulaby F., Moore R., Fung A. Microwave remote sensing, active and passive // London: Addison Wesley Publ. Comp. 1983. Vol. 1-3.
3. Plant W.J. A stochastic, multiscale model of microwave backscatter from the ocean // J. Geoph. Res. 2002. Vol.107. No.C9. P.3120. DOI: 10.1029/2001JC000909.
4. 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.
5. 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. № 11. P. 838–850.
6. Hollinger J.P. Passive microwave measurements of sea surface roughness // IEEE Trans. Geosci. Electr. 1971. Vol. GE-9. No. 3. P. 165-169.
7. Wilheit T.T. A Model for the Microwave Emissivity of the Ocean's Surface as a Function of Wind Speed // IEEE Trans. Geosci. Electron. 1979. Vol. GE-17. No. 4.
8. 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.
9. Cheng, Y., Liu, Y., Xu, Q. A new wind-wave spectrum model for deep water // Indian J. Marine Sciences. 2006. Vol. 35. No. 3. P. 181-194.
10. 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.
11. Князьков А.С. Моделирование морской поверхности при квазизеркальном отражении радиоволн // Сборник: Физическое и математическое моделирование процессов в геосредах. М: ООО «Принт-Про». 2019. С. 86-88.
12. 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
13. Запевалов А.С. Распределение дисперсии уклонов морской поверхности по пространственным диапазонам, создающих их волн // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 1. С. 211-219.
14. Hughes B.A., Grant H.L., Chappell R.W. A fast response surface-wave slope meter and measured wind-wave components // Deep-Sea Res. 1977. Vol. 24. No.12. P. 1211-1223.
15. 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.
16. 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.
17. 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, pp. 111-132.
18. Hauser D., Caudal G., Guimbard S., Mouche A.A. A study of the slope probability density function of the ocean waves from radar observations // J. Geoph. Res., 2008. Vol. 113. C02006. DOI: 10.1029/2007JC004264.
19. Chu, X., He Y., Chen G., Asymmetry and anisotropy of microwave backscatter at low incidence angles // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2012. Vol. 50. P. 4014-4024.
20. Bréon F.M., Henriot N. Spaceborne observations of ocean glint reflectance and modeling of wave slope distributions // J. Geoph. Res.: Oceans. 2006. Vol. 111. No. C06005. DOI: 10.1029/2005JC003343.
21. 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.
22. Longuet-Higgins, M.S. 1957. The statistical analysis of a random moving surface. // Phil. Trans. Roy. Soc. (A), 1957. Vol. 249. P. 321-387.
23. Пелевин В.И., Бурцев Ю.Г. Измерение наклонов элементарных площадок поверхности волнующегося моря // Оптические исследования в океане и в атмосфере над океаном. М.: ИО АН СССР. 1975. С. 202-218.
24. Donelan M.A., Hamilton J., Hui W.H. Directional spectra of wind-generated waves // Philos. Trans. Roy. Soc. 1985. A315. P. 509-562.
25. Hauser D., Caudal G., Guimbard S., Mouche A.A. A study of the slope probability density function of the ocean waves from radar observations // J. Geophys. Res.: Oceans. 2008. Vol. 113. No. C2. P. C02006.
26. Wu J. Mean square slopes of the wind-disturbed water surface, their magnitude, directionality, and composition // Radio Sci. 1990. Vol. 25. P. 37–48.
27. Zapevalov A.S. Statistical characteristics of the moduli of slopes of the sea surface // Physical Oceanography. 2002. Vol. 12. No 1. С. 24-31.
28. Запевалов А.С. Определение статистических моментов уклонов морской поверхности оптическими сканерами // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 9. С. 789-793. DOI: 10.15372/AOO20170907.
Для цитирования:
Запевалов А.С. Шумейко И.П., Абрамович А.Ю. Зависимости характеристик уклонов морской поверхности от пространственных диапазонов создающих их волн. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2020. №5. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/may20/15/text.pdf. DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.5.15