Новые эффекты при радиолокационном зондировании обрушающихся ветровых волн в океане

В ИПФ РАН активно ведутся работы, связанные с развитием новых методов и средств дистанционного зондирования поверхности и приповерхностного слоя океана и внутренних водоёмов. Особое внимание при этом уделяется микроволновым радиолокационным методам, как одним из наиболее перспективных методов для ведения всепогодного круглосуточного мониторинга океана.

Радиолокационные методы неразрывно связаны с детальным изучением динамики ветровых волн, в том числе и таких пока малоизученных процессов, как обрушения сильно нелинейных волн с длинами порядка метра и более. Как показывают повседневные наблюдения, после прохождения обрушающихся волн образуются области «выглаживания» ряби, учёт которых принципиально важен для разработки моделей рассеяния микроволн и отображения океанических процессов на радиолокационных изображениях.

Сотрудники отдела радиофизических методов в гидрофизике ИПФ РАН с помощью моделирования процесса в кольцевом ветроволновом бассейне исследовали эффект «выглаживания» ряби и выяснили его физическую природу. Исследователями установлено, что интенсивность радиолокационного сигнала значительно возрастает в широком диапазоне доплеровских частот при прохождении длинной обрушающейся волны через зону наблюдения радиолокатора, а после обрушения радиолокационное рассеяние резко падает, постепенно возвращаясь затем к первоначальному уровню. В области, следующей за обрушением волны, было инструментально зарегистрировано турбулентное движение воды, связанное с процессом обрушения и измерены характеристики этой турбулентности.

Проведённые исследования подтвердили гипотезу о том, что доминирующим механизмом, определяющим формирование области «выглаживания» ряби и, соответственно, подавление радиолокационного сигнала после прохождения обрушающейся волны, является турбулентность, генерируемая в результате обрушения. Результаты в дальнейшем будут использованы при построении количественных моделей отображения гидродинамических процессов в радиолокационных изображениях океана.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.

Авторский коллектив: Ермаков С.А., Шомина О.В., Сергиевская И.А., Капустин И.А., Лазарева Т.Н., Доброхотов В.А.

Публикации:

1. Ermakov S.A., Dobrokhotov V.A., Sergievskaya I.A., and Kapustin I.A. Suppression of Wind Ripples and Microwave Backscattering Due to Turbulence Generated by Breaking Surface Waves // Remote Sensing, 12(21), 3618.
2. Shomina Olga, Kapustin Ivan, and Stanislav Ermakov. Damping of gravity–capillary waves on the surface of turbulent fluid // Experiments in Fluids 2020, 61(8), pp. 1–12.