Измерение параметров ветровых волн, полей ветра и облачного
advertisement
ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ ИМ. П.П.ШИРШОВА РАН Переслегин С.В., Елизаветин И.В., Иванов А.Ю. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРОВЫХ ВОЛН, НАБЛЮДЕНИЕ ПОЛЕЙ ВЕТРА И ОБЛАЧНОГО ПОКРОВА В ОБЛАСТИ АТМОСФЕРНОГО ЦИКЛОНА ПО ДАННЫМ КОСМИЧЕСКИХ РАДИОЛОКАТОРОВ И ОПТИЧЕСКИХ СКАНЕРОВ 1. 2. 3. 4. 5. Модель восстановления поля уклонов ветровых волн по данным поляризационного РСА Сравнение с экспериментом – ENVISAT Общая картина атмосферного циклона – ENVISAT, QUIKSCAT, MODIS Детальная картина циклона – ENVISAT Краткие выводы Модель восстановления поля уклонов ветровых волн по данным поляризационного РСА Удельная ЭПР для мелких (брэгговских) волн: S0(θ) = (a0 /8) |γ(ε,θ)|2 η(λ) ctg4θ S0(θ) ≈ S0(θ1 ) exp[–m θnэкв /θ0] γ(ε,θ) – коэфф. Фукса θnэкв – экв. угол отклонения нормали Вывод расчетных соотношений для соосной и перекрестной поляризационных составляющих УЭПР Нормальное двухосевое распределение уклонов: 2 ⎡ ⎛ sin 2 φn ⎞⎟⎤ 2 ⎜ cos φ n + exp⎢− 0,5ξ ⎥ 2 2 p(ξ ) = 2πσ θxσ ϑy ⎜ ⎟ σ σ ⎢⎣ θx θy ⎝ ⎠⎥⎦ 1 θnэкв≈ tgθn cosϕn , δ = tgθn sinϕn – угол деполяризации, ξ = tgθn , коэффициенты Фукса приобретают вид: |γвв|2δ = |γвв|2 (1 – 2ξ2sin2φn), |γвг|2δ = |γвв|2 ξ2sin2φn Среднее значение УЭПР соосной и перекрестной составляющих находится путем интегрирования локальных значений, элементарной площадкой является ξ dξ dϕn В результате получаем выражения, где УЭПР мелкоструктурной поверхности выносится за интеграл: Соосная составляющая ∞ ⎛ mξ cos ϕ n ξ 2 cos 2 ϕ n ξ 2 sin 2 ϕ n ⎞ S вв0 (θ 1 ) π 0 ⎟(1 − 2ξ 2 sin 2 ϕ n )ξdξ S вв = dϕ n ∫ exp⎜ − − − 2 2 ∫ ⎜ πσ θxσ θy 0 θ0 2σ θx 2σ θy ⎟⎠ 0 ⎝ ⎡ m 2σ θ2x m 2σ θ2x ⎞ ⎤ 0 0 2 ⎛ ⎟⎟ ⎥ − σ θ y ⎜⎜ 1 + S вв = S вв (θ 1 ) ⎢1 + 2 2 θ θ 4 0 0 ⎝ ⎠⎦ ⎣ Перекрестная составляющая: ⎛ mξ cos ϕ n ξ 2 cos 2 ϕ n ξ 2 cos2 ϕ n ⎞ 2 ⎟ sin ϕ nξ 3dξ − − S = dϕ n ∫ exp⎜ − 2 2 ∫ ⎜ θ0 2σ θx 2σ θy ⎟⎠ πσ θxσ θy 0 0 ⎝ 0 вг S вв0 (θ1 ) π ∞ σ θ2y ⎛ m 2σ θ2x ⎞ ⎜⎜1 + ⎟⎟ S = S (θ 1 ) 2 θ0 ⎠ 2 ⎝ Отношение поляризационных составляющих не зависит от УЭПР мелкоструктурной поверхности и определяется только угловой модуляцией крупными волнами: 0 вг AП = 0 вв ⎡ ⎤ m 2σ θ2x 1 + ⎢ ⎥ 2 4θ 02 S вв0 ⎛ ⎞ 5 , 8 W ⎢ ⎥ 2 в =2 − 1 , гдеσ ≅ a ln ⎜ , т.е. дисперсия 2 2 θ 0 ⎢ 2 ⎛ m σ θx ⎞ ⎥ ⎜ λg ⎟⎟ S0вг ⎟⎟ ⎥ ⎝ ⎠ ⎢ σ θy ⎜⎜1 + 2 θ 0 ⎠ ⎥⎦ ⎢⎣ ⎝ определяется всем спектром уклонов, при его интегрировании в пределах от нуля до k = 2π/λ МОДЕЛЬ РАЗВИТЫХ ВЕТРОВЫХ ВОЛН: ВЗАИМОСВЯЗЬ СО СКОРОСТЬЮ ВЕТРА ПОЛЯРИЗАЦИОННОЕ ОТНОШЕНИЕ УЭПР: ВЗАИМОСВЯЗЬ С ДИСПЕРСИЕЙ И СТЕПЕНЬЮ АНИЗОТРОПИИ УКЛОНОВ 1.Формирование РЛИ, отображающих поляризационное соотношение УЭПР, т.е. дисперсию «поперечных» уклонов, не требует искусственной калибровки , однако степень анизотропии уклонов влияет на точность измерений., которая может быть улучшена при достаточно высоком разрешении. 2. Эффект амплитудной модуляции (мелких волн крупными) должен в значительной степени подавляться. ЭКСПЕРИМЕНТ: ENVISAT, выделенная область штормовых волн, VV с компьютерным разрезом Line Length 6177.686239 meters. ЭКСПЕРИМЕНТ: ENVISAT,выделенная область штормовых волн, VH c компьютерным разрезом ЭКСПЕРИМЕНТ: ENVISAT, выделенная характерная область штормовых волн, VV/VH c компьютерным разрезом ОБЩАЯ КАРТИНА ЦИКЛОНА: QUIKSCAT QuickScat – 15.02.2003 Evening ДЕТАЛЬНАЯ КАРТИНА ЦИКЛОНА: QUIKSCAT QuickScat – 15 02 2003 Evening ОБЩАЯ КАРТИНА ЦИКЛОНА: ТERRA-MODIS - 1 ОБЩАЯ КАРТИНА ЦИКЛОНА: ТERRA-MODIS - 2 ДЕТАЛЬНАЯ КАРТИНА ЦИКЛОНА: ENVISAT (VV, VH, VV/VH) КРАТКИЕ ВЫВОДЫ 1. 2. 3. 4. Модель взаимосвязей поляризационных составляющих УЭПР с параметрами уклонов ветровых волн дает возможность определять дисперсии уклонов по соотношению VV/VH, без использования искусственных калибровок УЭПР. Обработка данных ENVISAT (выделенный фрагмент штормовых волн) подтверждает эту возможность. Измеренные значения дисперсий практически изотропных уклонов лежали в пределах 0,08 – 0,12 , что значительно превышает модельные значения для «развитых» ветровых волн при реально наблюдаемых длинах энергонесущих волн (~ 150 м) и предполагаемой для них скорости ветра ~20 м/c. Радиолокационное VV/VH изображение при этом практически не содержит ярких полос, обусловленных эффектом амплитудной модуляции мелких волн на склонах энергонесущих волн. Совмещеная картина атлантического циклона, наблюдаемая по мезомасштабным изображениям QUIKSCAT (искусственная калибровка УЭПР по полю ветра), TERRA-MODIS (облачный покров) и ENVISAT (осредненная интенсивность мелких волн, VV) требует самостоятельной интерпретации с учетом многих природных факторов. При этом имеет место явное несоответствие данных СВЧ скаттерометра (QUIKSCAT) реальной картине и параметрам волн, наблюдаемым РСА (ENVISAT). Детальная картина штормовой области, наблюдаемая ENVISAT при высоком разрешении, чрезвычайно сложна и на сегодня не поддается сколько-нибудь обоснованной интерпретации.
