Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Экспериментальные исследования отображения параметров поверхностных и внутренних волн в радиолокационном сигнале при малых углах скольжения

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальные исследования отображения параметров поверхностных и внутренних волн в радиолокационном сигнале при малых углах скольжения"

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ .МОРСКОЙ ГМДРОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАЛИНОВСКИЙ Владимир Васильевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСЛШХ И ВНУТРЕННИХ ВОЛН В РАДИОЛОКАЦИОННОМ СИГНАЛЕ*ПРИ МАЛЫХ УГЛАХ СКОЛЬЖЕНИЯ

04.00.22 - геофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата йизико - математических наук

Севастополь - 1992

Работа выполнена в Морской гидрофизическом институте АН Украины.

Научный руководитель: доктор фмзико-математических наук В.Н.Кудрявцев

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Н.А.Пантелеев кандидат физико-математических наук А.А.Калинкевич

Ведущая организация: Центральный научно - исследовательский институт "Комета" (г.Москва).

Защита состоится * » 1992 г. в ^^ часов

на заседании специализированного совета Д 016.01.01 при Морском гидрофизическом институте АН Украины

Адрес института: 336000, г.Севастополь, ул.Капитанская, 2

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки МГИ АН Украины.

Автореферат разослан " ^ " сенТ^/р^ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математичеасмхлг

А.М.Суворов

'' ' ¡ДГ,.'

ГС;\\ : ■ ,-¿.'■•*{ I" 3 _

0115/1 WUYcKA

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Радиолокационное (РЛ) зондирование является одним из основных методов дистанционного исследования океана. По РЛ данным определяются, например, параметры ветрового волнения, скорость ветра, идентифицируются различные динамические явления. За последнее десятилетие наиболее обширный экспериментальный материал в этом направлении получен при изучении внутренних волн (ВВ.) по их проявлениям на поверхности океана. Свидетельством этому служат эксперименты, проведенные с борта судна (Веселов и др. 1984), данные по индикации ВВ из космоса с борта SEASAT (Apel, Gonzalez, 1983; Track 1983; Huhes, Gover, 1988), а также результаты, полученные в ходе экспериментов J0W1P СHughes, Dawson, 1988), SARSEX CGasparovic, Apel,1988). Результаты э'. i наблюдений показывают, что РЛ средства СВЧ- диапазона южно, в принципе, использовать в качестве дистанционного волнографа ВВ, изучать с их помощью вопросы, относящиеся к задачам генерации и распространения внутренних-волн.

Важным направлением РЛ исследований стали эксперименты по изучению модуляционных характеристик РЛ сигналов, позволяющие устанавливать связь между спектрами радиосигналов и спектрами поверхностных волн (Keller, Wright, 1975; Wright, Plant, 1980; Розенберг, 1990).

Большинство работ радиоокеанографической направленности посвящено результатам экспериментов, проводимых при больших углах облучения поверхности 020°). С одной стороны, это объясняется широким применением аэрокосмических систем, с другой стороны - возможностью использования хорошо разработанной теории резонансного рассеяния радиоволн морской поверхностью для интерпретации щ станционных данных.

Меньшее число работ посвящено результатам, полученным при малых углах скольжения, когда структура РЛ сигнала характеризуется особенностями, необъяснимыми в рамках модели "рябь на крупной волне" (Калмыков, Пустовойтенко, 1974,1976). Для этих условий наблюдений в СВЧ-диапазоне эффективная площадь рассеяния морской поверхности определяется не только рассея-

нивы на резонансной ряби, но и, в основном, процессами, связанными с обрушениями ветровых волн. Поскольку именно параметры обрушений являются сильно варьируемыми величинами при измонении гидрометеорологических условий (Дулов, Кудрявцев, 1936,1^88), проведение РЛ измерений при малых углах скольжения перспективно для диагноза состояния океана. Вследствии этого, необходимым становится изучение и описание связи характеристик РЛ сигнала с параметра" обрушений ветровых волн.

Все вышеперечисленное, в основном, и определяет актуальность и направленность проведенных исследований по отображению поверхностных и внутренних волн в РЛ сигнале.

Цель и задачи работы. Цель работы состоит в экспериментальном исследовании особенностей формирования РЛ сигнала, рассеянного морской поверхностью при малых углах скольжения.

Создание методов РЛ диагноза состояния поверхности океана предполагает выбор в качестве информативного параметра тех характеристик волнения, которые определяют основной вклад в рассеяние радиосигнала. Суммарная интенсивность РЛ сигнала формируется за счг? многих факторов: уровня энергетического спектра резонансно- рассеивапцей ряби, отражений от различных элементов обрушивающихся волн. Однако, обрушения ветровых волн рассматриваются в настоящее время как параметр, имеющий наибольшую информативность. Это связано, во-первых, с их существенным вкладом в суммарную мощность рассеяния и, во-вторых, именно характеристики обрушений (частота появления на единице площади, доля поверхности, покрытая пеной и др.) являются сильно варьируемыми параметрами при изменении метеоусловий и взаимодействии ветровых волн с течениями различного происхождения (Дулов, Кудрявцев, 1989).

Основная задача работы состоит в исследовании связи характеристик радиолокационного сигнала с параметрами морского волнения при малых углах скольжения и изучении проявлений в РЛ сигнале ВВ. сопровождающихся интенсификацией обрушений ветровых волн.

В диссертационной работе решаются следующие задачи: - исследование связи спектральных и. средних характе-

ристи:: РЛ сигнала с параметрами ветрового волнения при различных ттеоусловиях;

- исследование статистических характеристик всплесков радиосигнала;

- оценка связи характеристик РЛ сигнала с пара*?этра!*и обрупений ветровых волн;

- исследование отображения внутренних волн сезонного термоклина в параметрах РЛ сигнала;

- оценка возможности использования эффекта отобраге-ния ВВ в радиолокационном сигнала для создания шдули восстановления параметров ВВ по дистанционной информации.

Цель работы и решаемые задачи находятся в рачках плановой тематики МГИ /Л Украины по проектам "Космос" (шифр 0.74.02.02 Н й гос.per. 01.8S.0096758 ) и "Волна" (шифр 03.04 IS гос.per. 01.87.00180920 ).

Основные результаты работы и их новизна. В работе представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований особенностей формирования РЛ сигнала в 3- сантиметровом диапазоне радиоволн морской поверхностью при малых углах скольеэния. Основные результаты работы могут бьггь сформулированы следукцин обрззом.

. 1. Проанализированы данные эксперишнтальных исследований модуляционных передаточных функций "РЛ сигнал- ¿юрская поверхность" для горизонтальной (ГП) и вертикальной (ВП) поляризаций излучения. Показано, что влияние длинных волн на спектр флуктуаций радиосигнала при ВП больсо, чем при ГП. В окрестности спехтрального пика /т при ВП сосредоточено энергии, а при ГП —14 % . Указанное отличие сохраняется и в модуляционных спектрах РЛ сигнала. Наблюдается . азимутальная изотропия модуляционных спектров. Модифицированная модуляционная передаточная функция '"юрская поверхность- рассеянья сигнал" 'Н для ГП в среднем в 1,5 раза высэ, чем для ВП в диапазона частот / >/„. ¿^лирическая частотная зависиьюсть ве-лнчташ И кззвт вид: Н ~ Z"1'3. Показано, что оценка коэффициента вариации сбладгэт внсогой устойчивость!} для обеих поляризаций при различных условиях наблюдений.

- ó -

2. Исслэдованы статистические характеристики всплесков PJI сигнала при ГП излучения. Отазчаэтся. что распределение виплитуд всплесков I праЕэа его ¡¿аксниут iíoeho списывать эк-споненцнальньм законов. Наклон распрэдзлэния а зависит от условий НБблздэниЯ: Еозрастаэт с уьвныкзниеа скорости ветра и увеличением угла облучения относит&лию генерального направ-.пзнля распростргнешш ветровых Показано, что распределение амплитуд гспласков, нормированных на иг средние значения за ц ш изьзренкй, носит универсальный гара:стер при различных гидрометеорологических усл0вия1.

3. Предложена феноменологическая модель связи характеристик РЛ сигнала с пераютра\:и обрусгний ЕетроЕьк волн. Еыд-вянута гипотеза о зависимости а:ллитуда всплеска от проекции t длины обрусения на направление, перпендикулярное направлении облучения. В предположении пороговой шдели обрушений получен вид распределения величины t , которое определяется :,:о-1:антв.\ги спектра ускорений свободой погэржности. Показано, -что связь параметра <\ распрздзлз;кЯ р(i), рассчитанных по предлагаемой код&йи, еходиы^! дажгнил которой являлись спектры ускорений noEapzKocra, получзшпгэ при натурных избраниях, с нахлопав aR р-спрэдзлзинЛ р(1 ) близка е лжоГоюй. СЬвпаде-ниэ видов р(I ) и р(1), а тааэ псщ/чснная зависимость 'а, от at подтверждает гипотезу о cszs:i ггл:;ч;:н I и t.

4. Показано, что в рг^.-аз l-одэли объясняется езиуутальнкЯ zcponcp кс^жсяая срэдксго яхшия РЛ сигнала и его от сссросш сзтра. Сэдзлы-из расчета согласуется с рзоультелЕ^п t^cncpincai-rrcs.

5. Проведены Езащх^-ггшыпсэ ксслэдоггжш отображения пзрагзтроз внугрскют eoj¿¡ с РЛ сигшуа. Погонно, что спектры радиосигнала и ЕВ подобие i: -.оОгздазт о&ша:;овыц споктральша cccteeoi! колзба-шй. Еоиз luríonciíehoro рассеяния РЛ сигнала находится над berem сгз^зиий тэр^эклина и сдвинута на -1,25 рад. от лзййзш терхоиша Епэрод по направлению рсспрскпра:;к1:л'ЬЗ. т.о. расположена в области конвергенции горизонтальной Еохпонгнтк орбитаяьноЯ аюрости ЕЗ.

6. Исследована этническая зависимость атплтудной характеристики передаточной функции Р "ЕВ - РЛ сигнал". Показано, что величина Р определяется скоростью Еэтра !/ , периодом Гвз и пгра!.этро!1 нелинейности еа ЕВ и увеличивается с ростом еэ фазовой скорости. Эйзепивкость отображения ЕВ в РЛ сигнала снижается с ростом !/. Установлена тенденция роста контраста РЛ сигнала £ с увеличением еа: К ~ 7-еа.

7. Прэдлогена г.одэяь проявления ЕЗ в РЛ сигналэ. Модель связывает контраст сигнала; с пара-'.:этра«л1 ВВ и взтрового волнения. Результаты расчетов по гадега'согласуется с экспериментальным денны?.!и .

Обоснованность научных положений и торгов. Эксперименты проведены с использованием специально разработанных г.'э-тодоз исследований, проседай предварительное тестирование. Все результата теоретического анализа сопоставляются с даты-га специализированных з:сспэр:е?энтсв. & количественное соот-вэтствие доказывает справедливость заложенных в модели физических концепций, обосновывает Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации..

Практическая ценность и прикладное значение. Результаты диссертации применимы, в первую очередь, к созданию католик обработки РЛ изображений океана, полученных с помощью береговых, судовых, или самолетных РЛ систем при скользящих углах облучения. Предлагавшие результаты работы позволяют по-^ лучать оценки спектральных характеристик ветрового волнения и параметров ВВ по их проявления« на поверхности океана.

Основные результаты диссертации внедрены в хоздоговорной тематике.

Публикации результатов диссертации и личный вклад автора. В работе изложены результата исследований, выполненных в 1983 - 1991 гг. в КПП АН Украины при личноа участии* автора. Основные результата диссертации излогены в Ю научных статьях, из которых 6 опубликованы в центральной 'печати, включая "Известия АН ООСР", серия "Физика атмосферы и океана"» "Морской гидрофизический зурнал".

Автору при::здлегит научная постановка задачи, проведение экспериментов и анализ результатов по исследованию статистических характеристик РЛ сигналов и их связи с параметрами морской поверхности; обработка и анализ экспериментальных данных по отображению внутренних юлн в РЛ сигнале, феноменологическая щцель связи РЛ. контрастов с параметрам внутренних волн: участие в обработке и анализе модуляционных характеристик радиолокационных сигналов, а также участие в проведении экспериментальных исследований совместно с сотрудниками (.(ГИ АН Украины.

Апробация работы. Результата работы докладывались и обсуждались на Ш Съезде советских океанологов (Лзнингрзд, 1987); 5-м Всесоюзном семинара "Вэгсонтактаыэ штоды и сродства измерений океанографических пгра^этроз" (Москва, 1033); Всесоюзной конференции "Статистические методы обработки данных дистанционного зондирован;«! окрухазгцзй сррды" (Рига, 1233); на сезмараз 1'орского гидрофизического института АН Украины, Института прикладной механики АН СССР, Института прикладной физики АН СССР, Центрального научно-исследовательского кнсга-тута "Ког.ата".

П. СТРУКТУРА К ССИВРИШЕ РАШШ.

Диссертационная работа состоят нз введения, ipox risa, заключения и списка литературы. FcSoTa содэрзнт 125 страниц. Из них 84 страницы иаашолисиого текста, 39 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 43 ш^заний.

Ео вв0д9нш обсуздвзтся Ехтуальность проблз^,!, с£ор:.-у-лирована цэль и задачи иссхэдовсн*.;Г:, положения, шюсигзэ на' за1циту, прикэдэно краткое содар^ыз работы, .агсэчои ллчкьй. вклад автора.

Глава 1. АплЕротура и цуго&:::а изьэрснмЯ.

В § 1.1 пригодится оп;:сс:к;э рещиок»ицко<шого коипкзк-са для исследования сссбснкостэЯ бор:.ирован;ш сггнала при кагае углах сеолызния. ОснокзЗ копшакса являлась РЛ станция З-сгнтаьзтрового дкслезснл "ЕСССЛ 110", у которой павшая антенна была габиона на герзбатаескуз с сблучатгхс;^, позеоля-

пцим изменять поляризацию излучения. Ширина диаграммы направленности антенны составляла на уровне половинной мощности 1,5° в азимутальной и 8° в вергикальной плоскостях. Измерения выполнены в диапазоне углов скольжения от 5° до 1° при длительности зондирующего импульса 0,08 мкс.

Для измерения волнения во время опытов использовался свободно плавающий акселерометрический буй (масса -8 кГ, собственная частота колебаний 1 Гц).

В § 1.2 описывается аппаратура и методика проведения эксперимента по изучению ВВ. Основной комплекс измерений для проведения исследований проявления ВВ в РЛ сигнале осуществлялся с дрейфующего судна и включал регистрацию следующих физических параметров: уровня обратного рассеяния радиоволн (длина волны излучения 3,2 см), смещения термоклина внутренней волной, модуда и направления скорости ветра, направления и скорости дрейфа судна, вертикального профиля температуры воды.

Основой РЛ комплекса являлась судовая навигационная РЛС ("Дон" 1985 г., "Наяда" 1987 г.), сопряженная со специализированным блоком обработки сигнала (измерителя [иссеяния при малых уг;мх скольжения) и устройством географический привязки (УП1). Блок обработки сигналу и УГП формировали на рас -сеивапцей поверхности 20-элементную пространственную решетку, положение которой в азимутальной плоскости стабилизировано с точностью не хуже 1° относительна направления на север. Элементы решетки располагались в наветренном секторе рчствором 64° на дальностях 180- 1100 м. Р'рмеры рао-еивандах участков поверхности определялись длительностью зондирующего им^/.-ъса (0,125 мкс ), шириной диаграммы нагривленности антенны РЛС а азимутальной плоскости (1° ) л при угле облучения и,.' - 5,4" составляли соответственно от 22,5x19 м2 до 22,5*3

Многоканальная система сбора информации обеспечивала синхронную регистрацию данных, посту.'^нощих о- всего г-омпликса аппаратуры.

Енутренние волны идентифицировались по колебаниям тем-перзгуры распределенного датчика (РД) длиной 50 м, располо-

женного н сезонном термоклине. Точность регистрации вариаций 1Нтегра::ьяой температуры датчиком была не хухв 0,01°С. Смещения термоклина т] определялись по флуктуациям температуры РД.

Скорость ветра измерялась чашечным анемометром МС-13 с фотоэлэктрическим съемом информации.Он располагался на выносной стреле в 6 м от носа судна и 7 м от уровня воды.

ГЛАВА 2. СВЯЗЬ ХАРАКТЕРИСТИК РЛ СИГНАЛА С ПАРАМЕТРАМИ ВЕТРОВОГО ВОЛНЕНИЯ.

В главе 2 оценивается связь между интегральными л статистическими характеристиками РЛ сигнала и параметрами морского волнения.

В § 2.1 приведены результаты измерений модуляционных характеристик РЛ сигналов, рассеянных морской поверхностью под малыми углами скольхения. Модифицированная модуляционная передаточная функция (ММПФ) Н для дистанционного определения параметров длинных волн была определена (Plant, Kell er,Gross, 1983) как

r -i1'2 =>

МСГ) = [ 3pCfV S^r)] , Spcn=spcf)/ f% ,

где SpCf) - модуляционный спектр РЛ сигнала; Sp. SyCf) - автоспектры мощности рассеянного сигнала и углов наклона морской поверхности; Р0 - средняя мощность рассеянного сигнала. Интегральный по углу спектр наклонов S^Cf) определялся по спектру вертикальных ускорений поверхности SeCf), измеренному акселерометрическим датчиком: S^Cf3=k4n-SeCf) С2х-И"4, где к - волновое число поверхностных волн. Величина 2рСП измерялась при ГП и ВП излучения.

Нвбладээтся азимутальная изотропия Зр на обоих поляризациях. t№ для ВП в среднем в 1,5 раза нихе, чем для ГП. Величина Н спадает с частотойz H-f1,3. Оценки коэффициента вариации к^ для обоих поляризаций обладают высокой устойчивостью для различных условий наблюдений (разные метеоусловия и углы облучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях/ и составляют: i£«0,42±0,ll для ВП и 0,7±0,Н для т.

В § 2.2 анализируется подход к выбору информативного

парам- тра поверхности для . кользящих углов облучения и ГП излучения. Особенностью рассеянного сигнала для этих условий, H'^бъяс :/v il в рамках двухмасштабной модели "рябь на крупной вслне", .-вл:-.ется наличие всплесков, связываемых с процессом обрушения ¿очровых волн (Калмыков, Пусговойтенко, 1974,1976). Исследованы стагисти"еские характеристики всплесков PJ1 сигнала. Экспериментальные распределения амплитуд всплесков правее максимума хорошо описываются экспоненциальным законом. Вед распределения сохраняется при различных гияро¡зэтеорологических условиях и азимутальных направлениях облучения поверхности.

На основании совпадения видов распределений длин обрушений li ветровых волн (Бондур, Парков, 1986) и амплитуд всплесков PJI сигнала lt делается предположении о связи It с проекциями t. величины li на направление, перпендикулярное направлению облучения в

~ m-S ♦ ар . СП

где in - нормирующая константа, ар- брвгговская компонента рассеяния.

Предложена модель распределения длин обрушений ветровых волн. Описание характеристик обрушений проводится в предположении пороговой модели (Shyder, Kennedy, 1983): в точке (х,у,t ) происходит обрушение, если вертикальное ускорение в ней £ превышает критический уровень £с, составляющий долю g -ускорения свободного падения ( S^Hg) (Кода, 1984). Поскольку

для реальных условий паракэтр 0=£с/ Ц2)1'2» 1 (где iz- дисперсия ускорений поверхности), области, в которых происходят рушения, рассматриваются как выбросы случайного гауссового поля. Тогда кривая распределения аппроксимируется отрезками двух кривых: первого приближения ptCL) и экспоненты ргС ID = -р-ехрС-а-1) (Левин, 1974). Величины ii и it связаны: \ (6 =li(0) r(9), где в - направление, перпендикулярное направлению 6; г(6) - коэффициент, определяемый распрэдэлэнкем р(ф0) ориентации обрушений Ф„:

г/г г/г

4 Г Г р (ф0 )'<3ф0

г (6 >= -1— cos (ф0- в )р (ф0 Jdqfe / ¿° . &

г 7 J J [l-e^ cos Сф0- ВЛ

-х/г+е -«/г

где 7 =Сшо2/ т20)1'/г, eSd-f. Среднее значение f дается выражением

а(0)= -2JL. ехрсб2/ 2>-[1-Г< (СЯ т(6) (2)

Л, (в)

где ш2(в)/ С, trij (в)=т20■ cosz(в )+т02• si п* (8), mpq=

К

=Я К'ку 'ф(к*,ку • k ~ волновое число поверхностных

о

волн, 1(kx,ky ) - спектр ускорений свободной поверхности; F,(x) - интеграл Лапласа. Выражения для параметров аир распределения p(i) определяются из условий непрерывности, нормировки площади под кривыми p,(t) и рг (t) и равенства первого момента аппроксимирующей функции средней длине а (2) и имеют вид

-1-1

kgC®-JCW Г kgCe^-JCO)

а - А--з--1-е.

4-kfce>TC® kfcej e? а 6l)]

k~C8)-JC« Г O^kfce) at« 1

А~--t„exp--1-+ -

4 kfce) rC6) * L 8-reC6D r(6} J

(3)

где (в)=т4(в)/ (в); т4С6?=»^ - соВ4СЮ +6-ши»

х 51п1Св)-соз2Св)+ш04-81п*Св); ■■КЮ^+Ь'^СЫ+Ь /т&х *

* ехрС-И2^); Ь=Ок*СвЗ/ к*С6); А- нормирующий коэффициент, связанный с минимальным значением при котором для реальных РЛ систем реализуются условия для появления всплесков.

Приводится выражение для плотности вероятности ориентация обрушений ветровых волн

Р

*/2

•г4 Г d<PH ?{%)ТФ1Г)' \т~г-1-Г г г-п** ^

где £(е) - полный эллиптический интеграл 2-го рода. Расчеты по формуле (4) показали хорошее соответствие р(ф0) экспериментальный двшШи (Бондур, Шарксв,1986) как по характеру кривой, так и абсолютному значении.

Зависимость наклонов (с^) экспериментальных распределений p<D от величин а, рассчитанных по (3) близка к линейной ( а=(0,12±0,02 коэффициент корреляции 0,99), что в совокупности с совпадением видов распределений р(2 ) и р(г) подтверждает гипотезу (1 ).

Показана связь среднего уровня РЛ сигнала среднего значения аииитуды всплеска /0 со средней величиной а, позволяющая описывать интегральные характеристики радиосигнала через параметры обрушений. Предлагаемая модель описывает наблюдаемый в' эксперименте характер изменения интенсивности рассеяния в азимутальной плоскости. При сопоставлении экспериментальных данных, рассчитанных по модели, для оценки моментов nipq спектр возвышений морской поверхности задавался в виде

SCW=p-fc"*, k - у к^ + - модуль волнового числа.

В § 2.3 приводятся результата экспериментальных исследований статистических характеристик всплесков РЛ сигналов. Для определения паракетров распределений р(т) (at,pt) использовались иоиенты npq, рассчитанные по натурным измерениям вертикальных ускорений поверхности. Связь сц, pt с соотЕетст-вувдйыи параиетрани распрздолэния р(1) близка к линейной.

Экспери1»нташгое распределение величин 1=1/1а носит универсальный характер и не зависит от условий наблюдений. Значения параметров распределения рС?Э составляют: а=1,6; р= =0,9.При этом для всех серий волнографических измерений параметры распределения р(а/ г) оказались равными и составили 0^=1,1 ; pt-l,2.

Показано, что средний уровень PJ1 сигнала R^ определя-

ется 1а и средним числом всплесков в единицу времени И0:

В рамках предлагаемой модели (§ 2.2) получены выражения для Ы0, Ко в зависимости от скорости ветра V

где А, В - константы, п[ кт д"*-*] , кп - максимальное волновое число обрушивающихся волн. Величина Иа идентифицируется с величиной П - числом обрушений в единицу времени на единице площади (Дулов, Кудрявцев, 1986). Ветровые зависимости (5) хорошо согласуются с экспериментальными данными.

ГЛАВА 3. ОТОБРАШШ ИНТЕНСИВНЫХ ВНУТРЕННИХ ВОЛН

В главе 3 приводятся результаты исследования связи РЛ сигнала с параметрами ВВ с целью развития методов РЛ индикации ВВ, а также предлагается феноменологическая модель отображения ВВ в радиосигнале.

В 3.1 приводятся фоновые гидрометеорологические условия во время проведения экспериментов. Работа проводились в районе Гвианской котловины. В период наблюдений дул устойчивый северо-восточный пассат. Средняя скорость ветра была 9 м/с. Исследования проходили к условиях встречного распространения веповых и внутренних волн. При прохоздении интенсивных ВВ на поверхности наблюдались сулои, характеризующиеся интенсификацией обрушений ветровых волн.

В § 3.2 приводятся оценки параметров ВВ по РЛ сигналу. Вариации радиосигнала отражают структуру смещений термоклина. Спектры РЛ сигнала и колебаний температуры РД подобны. Анализ фазовых спектров сигналов позволяет определить положение зоны интенсивного рассеяния РЛ сигнала, которая находится над задним склоном смещений термоклина и сдвинута на 1,25 рад. от ложбины термоклина вперед по направлению распространения ВВ.

Проводится оценка передаточной функции "ВВ-РЛ сигнал".

(5)

К0(Ю = в-1~3'г- ехр

[- ц2 / Ср-Цр]

В РЛ СИГНАЛЕ.

Интенсивность ВВ определяется локальней нелинейностью ев=1 С^-Ца-т^-т]^ )/(2-1^+1^+1)3 )|, где глубина залега-

ния трех соседних экстремумов смещений термоклина. Аналогично интенсивность проявления ВВ в РЛ сигнале характеризуется величиной контраста К=| (2/^-/^-^3)/ )|, где -уровни энергии РЛ сигнала в трех соседних экстремумах. Простейшие модели взаимодействия поверхностных и внутренних волн показывают, что вариации спектра ветровых волн определяются параиетрани 2-хДГвч сО, сд /ci, (здесь а-коэффициент взаимодействия ветра - волн: •У, к^. сд- волновое число и групповая скорость спектральной компоненты; 7ВВ, с4- период и фазовая скорость ВВ. Анализ 165 индивидуальных волн дает основание считать, что амплитудную характеристику передаточной функции ВВ - РЛ сигнал Р = К/еа можно описывать линейной функцией ев и Гпв:

Р = (т + + гев)-1 ,

где т=С8,9±3,8)-10~2, п=С5,6±4,7) • 10"в, г=1,4±0,2 .

Рассмотрены особенности отображения интенсивных одиночных ВВ (ев~ 0,4). Максимум сигнала находится на переднем склоне одиночной волны, интенсивность обратного рассеяния приблизительно в 3 раза превышает средний уровень сигнала. За впадиной одиночной ВВ начинается падение РЛ сигнала и его уровень над задним склоном ВВ в ~2 раза ниже "фонового" значения. Время восстановления интенсивности обратного рассеяния до "фонового" уровня - 0,5-1 час.

В § 3.3 предлагается иодель проявления ВВ в РЛ сигнале. Как показано в § 2.3, средний уровень сигнала зависит

от дисперсии ускорений 1г (5). Если опрече.тить контраст РЛ сигнала как где значения выбираются в

соседних иаксиыуке и иинииуме, то из (5) следует

К*с?цг/1г , '6)

где А|2 -_1ариации дисперсий ускорений поверхности. Для определения привлекалось решение задачи об изменении спектра волнового действия ветровых волн Л® = 1•ЛФ при воздействии

ВВ. С целью получения простого аналитического решения для К, спектр действия в представлен в виде

1 ^ I в при к > к,

где б=сд+ с^ои/ак^ (ось х направлена по с4), и(х) - скорость течения, индуцируемая ВВ на поверхности. Волновое число к% разбивает спектр на невозмущенную и эволюционирующую по адиабатическому закону части. Для оценок невозмущенный спектр волнового действия ®с принят в виде

-1/г -0x2

„ Г 0,5-р-в к при к * ^ 90(к.,кЛ = ОСЭ)*| ^ (8)

10 при Л < ^

где 9 - направление распространения волн, О(в)- дельта-функция, ко=в/ V2 - волновое число спектрального пика. Из (6)-(8) следует приближенное выражение для РЛ контраста поверхностных проявлений ВВ

где сд,=сд), сд0=с%).

Для сопоставления модели (9) с экспериментом использован массив из 344 индивидуальных ВВ и соответствующих им проявлений в РЛ сигнале. Коэффициент линейной корреляции зависимости величин К, рассчитанных по С), от экспериментальных значений К^ равен 0,8. Сопоставление /Си К^ показывает, что модель вполне удовлетворительно.соответствует эксперименту в широком диапазоне значений РЛ сигнала.

№ анализа экспериментальных данных и модели (9) следует, что эффективность отображения ВВ в контрастах РЛ сигнала падает с увеличением скорости ветра за счет стабилизирующего действия источников и стоков энергии ветровых волн. Увеличение фазовой скорости ВВ ( при Гтж=сопз1) приводит к возрастанию РЛ контраста поверхностных проявдений ВВ. Наблю-

дается тенденция роста величины К^ с увеличением еа; при этой

Предлагаемая модель (9) качественно верно ог,исьшаэт экспериментальные наблюдения особенностеЯ отображения интенсивных одиночных ВВ в РЛ сигнале.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В заключении содержатся выводы д;:ссертгц:;си.чсЯ ргбота, которые перечислены в пункте "Основные научные результата работы и их новизна".

По теме диссертации опубликованы слэдулцкэ работа:

1. Оценки парг'-этрсв внутренних волн по радиолокационному сигналу // Изв.АН СССР, ФАО. -1987.- Т.23.- 13 8.-С.877-892. (СЬЕкестно с В.М.Бурдюговыа, А.И.Еорешсом, С.Л.Гродскии, В.Н.Кудрявцевым).

2. О влиянии внутренние волн на радиолскгцконныЯ сигнал при малых углах скольжения // !'орс:ссЛ гидроф'з. aypHan.-IS88.-No 6.- С.3-9. (Совестно с В.Н.Кудрягцосым).

3. Корабельные измерения тдуляционных гсргхтеристик радиолокационных сигналов, рассеянных морем на иоянз 3,2 си // Но рек. гидрофиз. зурн,- 1690.- 13 4.- С.Б0-Б8. (Сог:."естно с

A.Д.Розенбергон).

4. Оценка связи параметров радиолокационного сигнала, отраженного от коря при малых углаз схольхения, с характеристикам обрутаэний ветровых волн // Морск. гидроф:;з. журнал. -1531. - » б. - С.33-41. (Еоз соавторов).

5. Комплекс аппаратуры для избрания п ростра н стве н но -вреиенныз характеристик деятельного слоя на маспггаЗах внутренних волн// В кн.: Неконтактные »гэтоды и сродства изтарений океанографических параметров. 1925, !.!., Г^дрскэтэсиздат, -с.-18 - 52. (Сосшстио с Л.Н.Большаковым, А.И.Взрзг^хои.

B.В.Пустовойтенко, В.Н.ХрусталоБЬ?!, -В.Ц.Шейном ).

6. Радиолокационное изображение порасоЯ поверхности на масштабах внутренних волн // В кн.: Неконтактные ¡.отоды и средства измерений океанографических параметров, 1286, !.!.,

Гидржэтеоиздат, - с.53 - 53. (Соызстно с А.Н.Большаковым,

B.Н.Кудрявцевым, В.В.ПустовоЙтенко. В.Ы.Шэйнои).

7. Исследование отображения параметров крупноьзсштаб-ных внутренних волн на поверхности океана // Севастополь, 1986 , 73 с. (Препринт/ АН УССР МШ). (Совшстао с В.М.Бурдаго-вым, А.И.Верещааоа, С.А.Гродсюш. В.А.Дуловьаз, С.И.Кжшнико-вым, В.Н.Кудрявцевьи).

8. Радиолокационноэ изобрагэнкэ юрской поверхности на tscurradax внутренних волн. Прэдваритальшз результата эксперимента // Нэтода обработки ксххичэскоЯ океанологической информации. Севастополь: МШ АН УССР.- 1S33.- С.67- 77. (Сов-1-эстно с А.Н.Большаковым. А.И.Взрещагои. В.Н.Кудрявцевым, Ю.В.Тэрехиньы, В.U.Шайкой).

9. Пространственно-врввэнной анализ данных PJI зондирования поверхностных проявлений внутренних волн // 11-лы 3 съезда советских океанологов/ Физика и химия океана. JI.: ГУщ-рошгеоиадат, 1987, - С.43. (Совместно с В.И.Бурдаговыи,

C.А.Гродскиы, В.Н.Кудрявцевым).

10. Исследования отображения паракатроз внутренние еолн в горизонтально-поляризованной радиолокационной сигнала при цалых углах скольхения// Ц-лы 3 съезда советских океанологов/ Физика и хишя океана. JI.: Гидрогзтео^,здэт, 1S37, -С.43. (Совместно с А.И.Верэщагсоы, В.А.Дуловы], В.Н.Кудрявце-' вш).