по номинации лучшая научная работа молодого ученого:

Садовский И.Н., 28 лет, к.ф.-м.н., н.с.

Цикл работ: Методика дистанционного определения параметров ветрового волнения по данным угловых радиополяриметрических измерений

Цикл состоит из 4-х работ.

 

Серия работ 'Методика дистанционного определения параметров ветрового волнения по данным угловых радиополяриметрических измерений' посвящена вопросу создания методики нелинейной радиотепловой резонансной спектроскопии (НРРС). НРРС разрабатывается с целью дистанционного определения характеристик спектра гравитационно-капиллярных волн (ГКВ) на основе данных угловых радиополяриметрических измерений. В работах данной серии изложены теоретические основы используемого метода (предложенного Ю.Г.Трохимовским в 1997), особенности его программной и аппаратной реализации, представлен алгоритм проведения радиополяриметрических измерений, результаты апробации методики в рамках международного натурного эксперимента 'CAPMOS'05', сравнения полученных результатов как с существующими моделями ветрового волнения, так и с данными контактных измерений, выполненных посредством струнного волнографа.

 

Садовский И.Н. Методика восстановления параметров спектра ветрового волнения на основе данных угловых радиополяриметрических измерений// Исследование Земли из космоса, 2008 (в печати).

 

В работе представлена методика дистанционного восстановления параметров спектра гравитационно-капиллярной области спектра ветрового волнения (ГКВ). В основе методики лежит двухмасштабная модель ветрового волнения - представление общей картины волнового процесса в виде совокупности волн коротковолновой части спектра распределенных по поверхности длинных волн зыби. Подобное представление позволяет, во-первых, осуществлять расчет радиояркостных контрастов водной поверхности путем суммирования вклада длинноволновых и коротковолновых компонент волнения и, во-вторых, использовать в расчетах экспериментально подтвержденные соотношения и методы: метод Кирхгофа в приближении геометрической оптики (крупные волны) и соотношения теории 'критических явлений' в приближении метода малых возмущений (мелкомасштабная рябь). Резонансный характер излучения коротковолновых компонент волнения способствует формированию 'уникальных' угловых зависимостей радиояркостных контрастов соответствующих каждому, отдельно взятому, набору параметров водной поверхности. Это позволяет использовать данные дистанционных угловых радиометрических измерений для восстановления характеристик ветрового волнения: спектра кривизны , функции дисперсии уклонов волновых компонент и значения дисперсии уклонов крупных волн .

 

Садовский И.Н., Кузьмин А.В., Поспелов М.Н. Исследование параметров спектра ветрового волнения по данным дистанционных радиополяриметрических измерений// Исследование Земли из космоса, 2008 (в печати).

 

В работе представлены результаты натурных исследований микроволнового излучения взволнованной водной поверхности. Исследования выполнялись в период с 1 по 21 июня 2005 г. на стационарной океанографической платформе в рамках международного эксперимента CAPMOS'05. Применение оригинальной методики обработки радиометрических данных позволило восстановить динамику спектра ветрового волнения в гравитационно-капиллярной области. На примере полученных данных показано присутствие максимума в спектре кривизны , соответствующего значениям 7,0 рад/см. Восстановленные значения значительно превышают существующие теоретические оценки данного параметра, выполненные в соответствии с наиболее известными моделями ветрового волнения. Максимум корреляции восстановленных значений и скорости приповерхностного ветра соответствует области спектрального максимума. Представленные результаты подтверждают возможность использования разработанной методики для дистанционного контроля состояния взволнованной морской поверхности с целью изучения процессов на границе раздела океан-атмосфера.

 

Садовский И.Н. Методика дистанционного определения характеристик ветрового волнения: 1. Расчет радиояркостных контрастов взволнованной водной поверхности// 5-я открытая Всероссийская конф. 'Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса': Сб. науч. ст. М.: 2007 (в печати).

 

В настоящей работе представлена методика расчета радиояркостных контрастов взволнованной водной поверхности. Расчет вклада длинноволновых и коротковолновых компонент волнения выполняется отдельно, по методу Кирхгофа в приближении геометрической оптики и в соответствии с теорией 'критических явлений' в приближении метода малых возмущений, соответственно. Показано, что в данной постановке вклад длинноволновых компонент волнения является функцией дисперсии их уклонов, а коротковолновые компоненты могут быть рассчитаны по известному пространственному спектру возвышений морской поверхности. Анализ данных модельных расчетов показал, что не все существующие модели ветрового волнения могут использоваться для определения величины приращения яркостной температуры взволнованной морской поверхности. Это является следствием неправильной оценки величины спектральных компонент в области больших волновых чисел.

 

Садовский И.Н. Методика дистанционного определения характеристик ветрового волнения: 2. Алгоритм восстановления параметров спектра ГКВ// 5-я открытая Всероссийская конф. 'Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса': Сб. науч. ст. М.: 2007 (в печати).

 

В настоящей работе приводится алгоритм восстановления параметров спектра ГКВ, использующий данные радиополяриметрических измерений на различных углах и не требующий каких-либо априорных предположений о форме спектра ГКВ. Основой метода является представление морского волнения в виде композиции крупных волн зыби и распределенных по их поверхности более коротких ГКВ. В данной постановке определение величины приращения радиояркостной температуры взволнованной поверхности осуществляется путем интегрирования вклада крупных и коротких волн. Расчет влияния крупномасштабных и мелкомасштабных (относительно рабочей длины волны радиометра) компонент волнения на регистрируемую радиояркостную температуру осуществляется по методу Кирхгофа и в соответствии с теорией 'критических явлений' в приближении метода малых возмущений.

На примере модельных расчетов показано, что разработанный алгоритм, в отсутствии влияния вариаций входных данных, позволяет восстанавливать спектр кривизны B(K), функцию дисперсии уклонов волн s²(K) и значение дисперсии уклонов крупных волн s₀² с ошибкой, не более 7,0%, 1,0% и 15,0% соответственно.