Обратное рассеяние миллиметровых радиоволн на обрушениях морских ветровых волн

Ю. Ю. Юровский, В. В. Малиновский

Морской гидрофизический институт НАН Украины, г. Севастополь

Аннотация

Приводятся результаты натурного исследования обратного рассеяния радиоволн миллиметрового диапазона(длина волны 8 мм) на обрушениях морских ветровых волн. Выполнено сопоставление геометрических параметров обрушений (длины, площади, ориентации) и их эффективной площади рассеяния(ЭПР) на вертикальной и горизонтальной поляризациях излучения и приема. При больших углах падения (70°) выявлена близкая к линейной зависимость между длиной обрушивающегося гребня и его ЭПР. В диапазоне умеренных углов падения(45°) и в присутствии на морской поверхности масляной пленки, подавляющей маскирующие действие резонансного рассеяния, эта связь близка к квадратичной. Показано, что азимутальная зависимость ЭПР обрушения проявляется только при умеренных углах падения. Показано, что результаты эксперимента можно объяснить с помощью модели квазизеркальных отражений, если учесть влияние рассеяния на облаках брызг, формируемых над обрушениями.

Ключевые слова

дистанционное зондирование, обрушения ветровых волн

Для цитирования

Юровский Ю. Ю., Малиновский В. В. Обратное рассеяние миллиметровых радиоволн на обрушениях морских ветровых волн // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2011. № 24. С. 341–366. EDN WDNWJZ.

Yurovsky, Yu.Yu. and Malinovsky, V.V., 2011. Backscattering of Millimeter Radiowaves from Breaking Wind Waves. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones and Comprehensive Use of Shelf Resources, 24, pp. 341–366 (in Russian).

Список литературы

  1. Goldstein H. Sea Echo // Propagation of Short Radio Waves / Ed. by Kerr D.E. – IET, 1947. – P. 481-571.
  2. Бурдюгов В. М., Верещак А. И., Гродский С. А., Кудрявцев В. Н., Малиновский В. В. Оценки параметров внутренних волн по радиолокационному сигналу // Известия АН СССР: Физика атмосферы и океана. – 1987. – т. 23, № 8. – C. 877-892.
  3. Lu H., He Y., Shen H., Cui L., Dou C. A new method for the estimation of oceanic mixed-layer depth using shipboard X-band radar images // Chinese Journal of Oceanology and Limnology. – 2010. – v. 28. – P. 962-967.
  4. Kalmykov A.I., Pustovoytenko V.V. On polarization features of radio signals scattered from the sea surface at small grazing angles // Journal of Geophysical Research. – 1976. – v. 81. – Apriel, – P. 1960-1964.
  5. Калмыков А. И., Островский И. Е., Розенберг А. Д., Фукс И. М. Обратное рассеяние сантиметровых радиоволн взволнованной поверхностью моря при малых углах скольжения // Известия ВУЗов: Радиофизика. – 1966. – т. 9, № 6. – С. 1095-1099.
  6. Bass F.G., Fuks I.M., Kalmykov A.I., Ostrovsky I.E., Rosenberg A.D. Very high frequency radiowave scattering by a disturbed sea surface // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 1968. – v. AP-16, № 5. – P. 554-568.
  7. Wright J. A new model for sea clutter // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 1968. – v. AP-16, № 2. – P. 217-223.
  8. Barrick D.E. Rough Surface Scattering Based on the Specular Point Theory // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 1968. – v. AP-16, № 4. – P. 449-454.
  9. Valenzuela G. Theories for the interaction of electromagnetic and ocean waves – a review // Boundary Layer Meteorology. – 1978. – v. 13. – P. 61-85.
  10. Lewis B.L., Olin I.D. Experimental study and theoretical model of high-resolution radar backscatter from the sea // Radio Science. – 1980. – v. 15. – P. 815-828.
  11. Lyzenga D.R., Maffett A.L., Shuchman R.A. The Contribution of Wedge Scattering to the Radar Cross Section of the Ocean Surface // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 1983. – v. 21. – P. 502-505.
  12. Banner M., Fooks E. On the Microwave Reflectivity of Small-Scale Breaking Water Waves // Royal Society of London Proceedings Series A. – 1985. – v. 399. – P. 93-109.
  13. Kwoh D.S.W., Lake B.M. A deterministic, coherent, and dualpolarized laboratory study of microwave backscattering from water waves, part 1: Short gravity waves without wind // IEEE Journal of Oceanic Engineering. – 1984. – v. 9, № 5. – P. 291-308.
  14. Kwoh D.S W., Lake B.M., Rungaldier H. Microwave scattering from internal wave modulated surface waves: A shipboard real aperture coherent radar study in the Georgia strait experiment // Journal of Geophysical Research. – 1988. – v. 94, C10. – P. 12235-12248.
  15. Jessup A.T., Keller W.C., Melville W.K. Measurements of sea spikes in microwave back-scatter at moderate incidence // Journal of Geophysical Research. – 1990. – v. 95. – P. 9679-9688.
  16. Ericson E.A., Lyzenga D.R., Walker D.T. Radar backscattering from stationary breaking waves // Journal of Geophysical Research. – 1999. – v. 104, C12. – P. 29679-29695.
  17. Калмыков А. И., Курекин А. С., Лемента Ю. А., Островский И. Е., Пустовойтенко В. В. Особенности рассеяния СВЧ излучения на обрушивающихся морских волнах // Известия ВУЗов: Радиофизика. – 1976. – т. 19, № 9. – С. 1315-1321.
  18. Plant W.J. Microwave sea return at moderate to high incidence angles // Waves in Random Media. – 2003. – v. 13. – P. 339-354.
  19. Гутник В. Г., Кулемин Г. П., Шарапов Л. И., Горошко Е. А. Интенсивность радиолокационных отражений от взволнованной морской поверхности при малых углах скольжения // Радиофизика и радиоастрономия. – 2003. – т. 8, № 2. – С. 181-189.
  20. Mironov A.S., Dulov V.A. Detection of wave breaking using sea surface video records // Measurement Science and Technology. – 2008. – v. 19, № 1. – doi: 10.1088/0957-0233/19/1/015405.
  21. Phillips O.M. Radar returns from the sea surface – Bragg scattering and breaking waves // Journal of Physical Oceanography. – 1988. – v. 18. – P. 1063-1074.
  22. Kudryavtsev V., Hauser D., Caudal G., Chapron B. A semi-empirical model of the normalized radar cross-section of the sea surface. 1. Background model // Journal of Geophysical Research. – 2003. – v. 108, C3 8054, doi: 10.1029/2001JC001003.
  23. Hwang P.A., Sletten M.A., Toporkov J.V. Analysis of radar sea return for breaking wave investigation // Journal of Geophysical Research. – 2008. – v. 113, C02003, doi:10.1029/2007JC004319.
  24. Haller M.C., Lyzenga D.R. Comparison of radar and video observation of shallow water breaking waves // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2003. – v. 41, № 4. – P. 832-844.
  25. Малиновский В. В. Оценка связи параметров радиолокационного сигнала, отраженного от моря при малых углах скольжения, с характеристиками обрушений ветровых волн // Морской гидрофизический журнал. – 1991. – № 6. – С. 32-41.
  26. Frasier S.J., Liu Y., McIntosh R.E. Space-time properties of radar sea spikes and their relation to wind and wave conditions // Journal of Geophysical Research. – 1998. – v. 103. – P. 18745-18758.
  27. Миронов А. С., Дулов В. А. Статистические характеристики событий и диссипация энергии при обрушении ветровых волн // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. – Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика». – 2008. – вып. 16. – С. 97-115.
  28. Fuchs J., Regas D., Waseda T., Welch S., Tulin M.P. Correlation of hydrodynamic features with LGA radar backscatter from breaking waves // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 1999. – v. 37. – P. 2442-2460.
  29. Малиновский В. В., Миронов А. С., Кориненко А. Е. Влияние поверхностной пленки на небрегговскую компоненту радиолокационного рассеяния // Системы контроля окружающей среды. – 2006. – С. 164-171.
  30. Kudryavtsev V., Akimov D., Johannessen J., Chapron B. On radar imaging of current features: 1. Model and comparison with observations // Journal of Geophysical Research. – 2005. – v. 110. – C07016. – doi: 10.1029/2004JC002505.
  31. Malinovsky V., Sandven S., Mironov A., Korinenko A. Identification of oil spills based on ratio of alternating polarization images from ENVISAT // Proc. Geoscience and Remote Sensing Symp. IGARSS’07, IEEE Int. – v. 2. – 2007. – P. 1326-1329.
  32. Liu X., Duncan J. H. The effects of surfactants on spilling breaking waves // Nature. – 2003. – v. 421. – P. 520-523.
  33. Mouche A., Hauser D., Kudryavtsev V. Observations and Modeling of the Ocean Radar Backscatter at C-Band in HH- and VV- Polarizations // IGARSS’05. – Vol. 2. – 2005. – P. 1006-1009.
  34. Dano E.B., Lyzenga D.R., Meadows G., Meadows L., van Sumeren H., Onstott R. Radar Backscattering from Mechanically Generated Transient Breaking Waves- Part 2: Azimuthal and Grazing Angle Dependence // IEEE Journal of Oceanic Engineering. – 2001. – v. 26, № 2. – P. 201-215.
  35. Луценко В. И. Пространственно-временные и поляризационные характеристики обратного рассеяния сантиметровых и миллиметровых радиоволн поверхностью моря // Успехи современной радиоэлектроники. – 2009. – № 5. – С. 41-59.
  36. Кравцов Ю. А., Моркотун А. В., Чурюмов А. Н. Рассеяние электромагнитных волн на крутых морских мезомасштабных волночках: интерполяция результатов теории возмущений и геометрической теории дифракции // Известия ВУЗов: Радиофизика. – 2002. – т. 45, № 8. – С. 671-678.
  37. Skolnik M.I. Introduction to Radar Systems. 2nd Edition. – McGraw-Hill Book Company, 1981. – 581 p.
  38. Anguelova M.D., Webster F. Whitecap coverage from satellite measurements: A first step toward modeling the variability of oceanic whitecaps // Journal of Geophysical Research. – 2006. – v. 111, C03017. doi: 10.1029/2005JC003158.
  39. Kudryavtsev V.N. On the effect of sea drops on the atmospheric boundary layer // Journal of Geophysical Research. – 2006. – Vol. 111, C07020 doi: 10.1029/2005 JC002970.
  40. Andreas E.L. A New Sea Spray Generation Function for Wind Speeds up to 32 m/s // Journal of Physical Oceanography. – 1998. – v. 28. – P. 2175-2184.
  41. Caulliez G. Self-similarity of near-breaking short gravity wind waves // Physics of Fluids. – 2002. – v. 14. – P. 2917-2920.
  42. Kosnik M.V., Dulov V.A. Extraction of short wind wave spectra from stereo images of the sea surface // Measurement Science and Technology. – 2011. – v. 22, № 015504. – doi: 10.1088/0957-0233/22/1/015504.
  43. Lee P.H.Y., Barter J.D., Beach K.L, Hindman C.L., Lake B.M., Rungaldier H., Shelton J.C., Williams A.B., Yee R., Yuen H.C. What are the mechanisms for non-Bragg scattering from water wave surfaces? // Radio Science. – 1999. – v. 34. – P. 123-138.

Файлы

 Полный текст (русский)

Мы используем Яндекс Метрику. Подробнее.