Введение к работе
Актуальность исследования. Разработка дистанционных оптических методов диагностики состояния' морской поверхности является актуальной задачей современной океанологии. Эта задача требует детального анализа процесса рассеяния электромагнитного излучения оптического диапазона ( света) поверхностью моря. Поскольку поверхность океана практически всегда взволнованна, для решения этой задачи необходимо установление закономерностей взаимодействия света с неровной поверхностью. Добавим, что состояние' поверхности определяется не только внешними факторами, но и процессами, происходящими в толще океана (внутренние волны и др.). Эти процессы влияют на поверхностное волнение, изменяют его пространственно-временную структуру. Изучение поверхностных явлений как индикаторов глубинных процессов стало в последнее время актуальным направлением океанологии. Важным аспектом исследований взаимодействия света с неровной поверхностью является изучение обратной задачи рассеяния - определения параметров поверхности по характеристикам интенсивности отраженных ею сигналов.
Вообще говоря, по величине отраженного от морской поверхности сигнала можно судить о' параметрах волнения и скорости ветра над морем, о наличии нефтяной пленки на поверхности моря, подводных течений, внутренних волн и т.д..
Случайный характер волнообразующих факторов, большая изменчивость во времени и пространстве и широкий диапазон изменения параметров наблюдаемых волн затрудняют проведение систематических экспериментов по изучению волнения и по исследованию взаимодействия электромагнитных волн оптического диапазона с взволнованной поверхностью. Это повышает важность теоретических исследований и численных экспериментов.
В последние годы интенсивно развивается метод, в котором исследование статистических характеристик интенсивности света, отраженного от взволнованной поверхности, сводится к изучению статистики характеристик зеркальных точек. Этими характеристиками являются: число зеркальных точек, радиусы кривизны поверхности в зеркальных точках и расстояния между зеркальными точками (разность фаз волн, отраженных от
- г -
различных точек). Названные геометрические характеристики морской поверхности чувствительны к изменениям режима волнения и могут быть использованы при разработке новых дистанционных оптических методов исследования ветрового волнения и глубинных процессов, происходящих в океане. В настоящее время в литературе имеется мало данных о статистике харктеристик зеркальных точек в зависимости от режима волнения и от геометрии облучения-наблюдения. Практически отсутствуют сведения о распределении расстояний между зеркальными точками. Эти данные полезны для оценки эффекта интерференции, которая возникает при рассеянии СЗЧ излучения.
Цель настоящей работы:
-
Изучение на основе модельных расчетов для линейной модели морской поверхности статистик характеристик зеркаль ных точек и коэффициента яркости морской поверхности при разных геометриях облучения-наблюдения и режимах волнения.
-
Сопоставление результатов модельных расчетов с данными натурных экспериментов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Для различных геометрий облучения-наблюдения и режимов волнения исследованы среднее число зеркальных точек, его дисперсия и плотность распределения на единицу' площади.
-
Для различных геометрий облучения-наблюдения и режимов волнения исследованы плотности распределений радиусов кривизны и гауссовой кривизны поверхности в зеркальных точках.
-
Для различных геометрий облучения-наблюдения и режимов волнения исследована плотность распределения расстояний между зеркальными точками.
-
Изучено влияние разных участков спектра волнения на исследуемые статистические характеристики зеркальных точек.
-
Изучено влияние степени анизотропии волнения на исследуемые статистические характеристики зеркальных точек и на коэффициент яркости морской поверхности.
-
Изучено распределение коэффициента яркости-морской поверхности в зависимости от размеров участка усред-
нения.
Практическое значение работы. Результаты исследований, проведенных в работе, могут быть использованы для разработки новых дистанционных оптических методов определения состояния морской поверхности с целью изучения ветрового волнения и процессов, происходящих в толще океана.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на III Всесоюзном съезде советских океанологов (г.Ленинград, 1987), на X Пленуме рабочей группы по оптике океана Комиссии по проблемам Мирового океана АН СССР (г.Росто-. на-Дону, 1988 г.), а также на семинарах Лаборатории оптики океана и атмосферы Ленинградского отдела Института океанологии им. П.П.Ширшова АН СССР и Института космических исследований природных ресурсов АН Азербайджанской ССР.
Основные результаты диссертации изложены в 5 публикациях.
Объем работы. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста, включает 18 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 93 наименования.
