Влияние уклонов длинных волн на взаимодействие радиоволн с морской поверхностью

Abstract

Slopes of the sea surface are one of the main characteristics that determine the scattering and reflection of radio waves from it. The dispersion obtained in different experiments the values of the variance of sea surface slopes at a fixed wind speed is analyzed. Two factors are considered. The first factor is the characteristics of the equipment for measuring the slopes. The second factor is the conditions in which experiments are being conducted. It is shown that the discrepancies in the dependences of the dispersion of slopes on wind speed obtained in different experiments are caused by the peculiarities of the measuring apparatus, which are related to its spatial resolution. The slopes variance is reduced quickly if the spatial resolution deteriorates. Dispersions of slopes determined with the help of optical scanners (measuring the slopes formed by surface waves of all scales) and slope dispersion determined with the help of wave buoys (measuring the slopes formed by waves with a length of more than 6 m) differ approximately by a factor of 10. An analysis of the influence of the conditions for the development of the wave field (such as the fetch, age of the waves) on the dispersion of slopes was carried out on the basis of the JONSWAP spectrum. It was shown that if the slopes, formed by waves longer than 1.5 m, the fetch must be considered only if it is less than 2 km away.

• морские волны
• радиоволны
• уклоны морской поверхности
• длина разгона
• symmetrical dipol antenna
• magnetic antenna
• matching circuit

Аннотация (на русском)

Влияние уклонов длинных волн на взаимодействие радиоволн с морской поверхностью

Уклоны, создаваемые волнами на морской поверхности, являются одной из основных ее характеристик, определяющих закономерности рассеяния и излучения радиоволн этой поверхностью. Проведен анализ разброса полученных в разных экспериментах значений дисперсий уклонов морской поверхности при фиксированной скорости ветра. Рассмотрены особенности аппаратуры для измерения уклонов, а также условия, в которых проводятся эксперименты. Показано, что расхождения полученных в разных экспериментах зависимостей дисперсий уклонов от скорости ветра вызваны особенностями измерительной аппаратуры, связанными с пространственным разрешением. Это согласуется с результатами численного моделирования характеристик морской поверхности, проведенного на основе спектра JONSWAP, который показал, что если уклоны создают волны, длиной более 1.5 м длину разгона необходимо учитывать, только если она менее 2 км.

For citation

References

1. Караев В.Ю., Панфилова М.А., Баландина Г.Н., Чу К. Восстановление дисперсии наклонов крупномасштабных волн по радиолокационным измерениям в СВЧ-диапазоне // Исследование Земли из космоса. 2012. № 4. С. 62-77.
2. Millet F.W., Arnold D.V., Warnick K.F., Smith J. Electromagnetic bias estimation using in situ and satellite data: 1, RMS wave slope // J. Geophys. Res. 2003. 108(C2). 3040, doi:10.1029/2001JC001095.
3. Запевалов А.С. Моделирование брегговского рассеяния электромагнитного излучения сантиметрового диапазона морской поверхностью. Влияние волн более длинных, чем брегговские составляющие // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45, № 2. С. 266-275.
4. Danilychev M.V., Nikolaev A.N., Kutuza B.G. Application of the kirchhoff method for practical calculations in microwave radiometry of wavy sea surface // Journal of Communications Technology and Electronics. 2009. Vol. 54, No. 8. P. 869-878.
5. Лебедев Н.Е., Алескерова А.А., Плотников Е.В. Развитие оптических методов измерений уклонов морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 3. С. 136-149.
6. Запевалов А.С., Ратнер Ю.Б. Эффекты квазигауссового характера распределения уклонов морской поверхности при лазерном зондировании // Оптика атмосферы и океана. 2002. Т. 15, № 10. С. 925-928.
7. Karaev V.Yu., Meshkov E.M., Cotton D., Chu X. On the problem about determination of the sea wave period based on radio altimeter data // Radiophysics and Quantum Electronics. 2013. Vol. 56, No. 3. P. 123-134.
8. Запевалов А.С., Лебедев Н.Е. Влияние длительности зондирующего импульса лидара космического базирования на форму импульса отраженного от морской поверхности // Современные проблемы зондирования Земли из космоса. 2017. Том 14, № 1. С. 80-87.
9. Данилычев М.В., Кутуза Б.Г., Николаев А.Г. Использование метода Кирхгофа для практических расчетов в микроволновой радиометрии взволнованной морской поверхности // Радиотехника и Электроника. 2009. Т. 54, № 8. С. 915-926.
10. 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.
11. 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.
12. Bréon F.M., Henriot N. Spaceborne observations of ocean glint reflectance and modeling of wave slope distributions // J. Geoph. Res. 2006. Vol. 111. No. 6. C06005.
13. 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. V.24. No. 12. P. 1211-1223.
14. 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.
15. Калинин С. А., Лейкин И. А. Измерение уклонов ветровых волн в Каспийском море // Изв. АН СССР, Сер. Физика атмосферы и океана. 1988. Т. 21, № 2. С. 1210-1217.
16. 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.
17. Запевалов А.С. К расчету оценок уклонов морской поверхности по данным квазивертикального зондирования в СВЧ диапазоне // Журнал Радиоэлектроники. 2017. № 3. URL:http://jre.cplire.ru/jre/mar17/5/text.pdf.
18. Hasselmann K., Barnett T.P., Bouws E., Carlson H., Cartwright D.E., Enke K., Ewing J.A., Gienapp H., Hasselmann D.E., Kruseman P., Meerburg A., Mller P., Olbers D.J, Richter K., Sell W., Walden H. Measurements of wind-wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP) // Ergnzungsheft zur Deutschen Hydrographischen Zeitschrift Reihe, 1973. A(8) (Nr. 12). P. 1-95.
19. Pierson W.I., Moskovitz L. A prosed spectral form for fully developed wind seas based on the similarity method of S.A. Kitaigorodsii // J. Geophysics Res. 1964. Vol. 69, № 24. Р. 5181-5190.
20. Китайгородский С.А. Физика взаимодействия атмосферы и океана // Л.: Гидрометеоиздат. 1970. 284 с.