Развитие методов дистанционного зондирования для исследования поверхности океана и приводного слоя атмосферы при экстремальных и неблагоприятных метеоусловиях

Среди основных методов контроля окружающей среды к настоящему времени можно выделить: дистанционное зондирование Земли из Космоса (ДЗЗ), а также различные технологии мониторинга состояния гидросферы методами акустического зондирования.Для получения достоверной информации о параметрах пограничных слоев атмосферы и гидросферы на основе методов активного микроволнового СВЧ и акустического зондирования необходимы модели качественно и количественно описывающие формирование отраженного сигнала особенностями взволнованной морской поверхности. Разрабатываемые алгоритмы восстановления параметров приводного слоя атмосферы нуждаются в калибровке и верификации, которые могут быть проведены только при детальном изучении физических закономерностей рассеяния используемых зондирующих сигналов от водной поверхности, характеризующейся сложной реологией, особенно при экстремальных метеоусловиях (при ураганных и штормовых ветрах).Основным методом исследования в настоящем проекте будет лабораторное моделирование и детальное изучение процессов в приводном атмосферном пограничном слое ответственных за формирование отраженных сигналов при дистанционном зондировании. На уникальном экспериментальном стенде Высокоскоростном ветро-волновом термостратифицированном бассейне ИПФ РАН будут смоделированы условия в широком диапазоне скоростей ветра(вплоть до ураганных), а также будет использована специальная система искусственной генерации пены. При определении характеристик поверхности воды, параметров брызг, пены будут использованы оптические методы, основанные на применении скоростной стерео видеосъемки. При моделировании развития поверхностного волнения и приводного пограничного слоя атмосферы будет применяться как прямое численное моделирование с использованием метода VoF, так и специально адаптированный мультипольный метод для расчета дифракционных эффектов. Исследование рассеяния радиоволн будет основано на лабораторных экспериментах с использованием специально разработанного многоканального когерентного скаттерометра Х-диапазона. В ходе выполнения проекта планируется создать новую геофизическую модельную функцию (ГМФ) для восстановления параметров воздушных потоков в приводном слое атмосферы на основе данных о рассеянии кросс-поляризованного микроволнового сигнала на взволнованной водной поверхности в широком диапазоне условий (включая экстремальные). В отличие от полученных ранее чисто эмпирических ГМФ, новая ГМФ будет основана на физических представлениях качественно и количественно описывающих формирование рассеянного сигнала процессами фрагментации водной поверхности (образования пены и брызг). Она будет верифицирована на основе сопоставления с доступными данными дистанционного зондирования и натурными данными коллокационных измерений.