Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Проявление мезомасштабной изменчивости океана на радиолокационных изображениях

ВАК РФ 25.00.28, Океанология

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Акимов, Дмитрий Борисович

Введение

1 Фоновая радиофизическая модель морской поверхности

1.1 Статистические характеристики морской поверхности

1.1.1 Определения спектра ветрового волнения.

1.1.2 Модель спектра ветровых волн.

1.1.3 Полный спектр и некоторые спектральные характеристики поверхности.

1.2 Рассеяние электромагнитного излучения морской поверхностью

1.2.1 Метод малых возмущений.

1.2.2 Двухмасштабная модель резонансного рассеяния.

1.2.3 Квазизеркальное рассеяние.

1.2.4 Рассеяние на обрушающихся гребнях волн

1.3 Полная модель радиолокационного рассеяния морской поверхностью

1.3.1 Сопоставление модели с данными натурных измерений

1.4 Выводы по главе.

2 Трансформация ветровых волн в горизонтально-неоднородной среде

2.1 Основные уравнения эволюции волн на течениях.

2.1.1 Кинематика волн.

2.1.2 Динамика волн.

2.1.3 Релаксационное приближение.

2.2 Приближённое решение задачи о трансформации волн

2.2.1 Линеаризация решения уравнения баланса действия

2.2.2 Вариации информативных PJI параметров

2.3 Роль атмосферного пограничного слоя и плёнок ПАВ.

2.3.1 Эффект атмосферного погранслоя (АПС).

2.3.2 Эффект плёнок ПАВ.

2.4 Выводы по главе.

3 Модельные оценки поверхностных проявлений типичных динамических явлений и их PJI контрастов

3.1 Обоснование выбора типа модельных течений в контексте приложения к проблемам промысловой океанологии.

3.2 Зоны конвергенции и дивергенции течений.

3.3 Сдвиговое течение.

3.4 Фронтальный раздел.

3.5 Фронтальные вихри.

3.6 Оценка PJI наблюдаемости мезомасштабной изменчивости океана

3.7 Выводы по главе.

4 Интерпретация радиолокационных спутниковых изображений

4.1 Эксперимент "CoastWatch-95".

4.1.1 Характеристика района эксперимента.

4.1.2 Массив контактных измерений и радиолокационных изображений

4.2 Анализ и интерпретация данных эксперимента

Coast Watch-95"

4.2.1 Анализ данных эксперимента.

4.2.2 Интерпретация данных эксперимента с помощью модели

4.3 Проявление мезомасштабных вихрей.

4.4 Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Проявление мезомасштабной изменчивости океана на радиолокационных изображениях"

В настоящее время исследование океана немыслимо без использования методов дистанционного зондирования (ДЗ) из космоса. Их основные достоинства — это низкая удельная себестоимость данных, лёгкость наблюдения самых отдаленных районов Мирового Океана, возможность регулярного мониторинга выбранных районов при любых условиях и в любое время года. Среди инструментов ДЗ особое место занимают радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА). Современные РСА имеют пространственное разрешение в несколько десятков метров, что на порядок лучше чем у радиолокаторов с реальной апертурой, и приближается к пространственному разрешению оптических датчиков. При этом, выгодным отличием РСА является возможность наблюдения поверхности океана независимо от времени суток и наличия облачного покрова.

Другой уникальной особенностью РСА является их высокая чувствительность, т.е. способность регистрировать малые изменения в характеристиках ветрового волнения на поверхности океана. Это дает возможность применять РСА для исследования поля ветра в открытом океане и в прибрежной зоне, а так же для обнаружения (а, в некоторых случаях, для оценки количественных характеристик) различных явлений, происходящих на поверхности океана и в его в верхнем слое. Одно из наиболее важных и, на данный момент, слабо развитых направлений ДЗ — это идентификация и восстановление характеристик поля поверхностных течений (связанных с различными динамическими явлениями в море) по данным радиолокационного зондирования. Эта проблема имеет исключительную прикладную значимость как с точки зрения обеспечения нужд надводного и подводного мореплавания, так и с точки зрения обеспечения мониторинга, контроля и управления состоянием морской среды и повышения эффективности рыбного промысла.

Мощность радиолокационного сигнала, рассеянного морской поверхностью, в первую очередь определяется степенью ее "шероховатости". Поэтому, динамические явления в верхнем слое моря он может "видеть" только лишь через их воздействие на характеристики поверхностного волнения. Качественные описания механизмов поверхностных проявлений предложены практически для всех типов динамических явлений регистрируемых РСА. Однако, разработанные к настоящему времени модели, как правило, не способны воспроизвести на количественном уровне наблюдаемые радиолокационные контрасты поверхностных проявлений. Разработка усовершенствованных моделей проявления мезомасштабной изменчивости океана на РСА изображениях является одним из актуальных направлений современной спутниковой гидрофизики. Этот факт определяет актуальность диссертационной работы.

Разработка усовершенствованной модели проявления, способной на количественном уровне воспроизводить данные РСА наблюдений (решения прямой задачи ДЗ), позволило бы в будущем перейти к решению обратной задачи — восстановлению характеристик мезомасштабной изменчивости в океане, что явилось бы ценнейшим инструментом их изучения. Особое место занимает проблема радиолокационной идентификации морских фронтов. Морские фронты (связанные с определенным типом динамических процессов) — это узкие зоны, разделяющие водные массы с различными физико-химическими характеристиками, и характеризуемые интенсивным массо- и теплообменом [13] Фронтальные разделы, как правило, являются зонами повышенной биологической продуктивности [11, 5]. Разработка радиолокационного метода определения текущего положения морских фронтов и определения их характеристик из космоса представляет исключительный интерес для океанского рыбного промысла. Решение этой проблемы позволило бы резко сократить непроизводительные судовые расходы, связанные с поиском фронтальных зон — зон наиболее вероятного скопления рыб в открытом океане. Уже один этот факт определяет прикладную значимость данного исследования.

Проявления динамических явлений на радиолокационных изображениях (РЛИ) поверхности океана были зафиксированы в ряде экспериментов с самолетными и космическими носителями, начиная с полета спутника "SeaSat" [22, 50, 16]. К настоящему времени, предложено несколько механизмов, ответственных за проявление динамических явлений на радиолокационных изображениях. Предполагается, что взаимодействие волн и течений обуславливает проявление большинства из явлений, имеющих масштаб неоднородности течений порядка 0,1-1 км, а именно: внутренних волн [56], рельефа дна для мелководных районов [27], границ течений [51], зон конвергенции [70], глубинной конвекции [39]. При слабом ветре доминирующим механизмом может являться подавление волн ряби пленками поверхностно-активных веществ (ПАВ) [75]. Относительная роль каждого из этих механизмов зависит от типа наблюдаемого процесса, ветровых условий, региональных особенностей и, по видимому, ряда других мало изученных факторов.

Проявление океанских фронтов на РЛИ в очень сильной степени зависит от состояния атмосферного пограничного слоя (АПС) и его трансформации над температурными неоднородностями подстилающей поверхности. Усиление обратного рассеяния на теплой стороне фронта и его ослабление на холодной стороне может быть объяснено влиянием стратификации АПС на приводное ветровое напряжение [23, 60].

Во многих исследованиях отмечается, что проявление поверхностных океанских явлений на РЛИ зависит от большого числа различных факторов и, поэтому, очень изменчиво. Одно и то же явление может проявляться при одних условиях наблюдения и не проявляться при других. Важной общепризнанной особенностью радиолокационных наблюдений морской поверхности является то обстоятельство, что приповерхностные явления наиболее явно наблюдаются на ГГ поляризации.

Модели проявления океанских явлений на РЛИ состоят из двух частей — электромагнитной и гидродинамической. Первая обычно основывается на двухмасштабной теории резонансного рассеяния. Для малых углов падения также должно учитываться квазизеркальное отражение. Гидродинамические модели основываются на уравнении баланса волнового действия с тем или иным видом источника в правой части. Среди существующих моделей такого типа отметим модель ЕОМ (ERIM Ocean Model) [67], которая неоднократно привлекалась различными авторами для интерпретации радиолокационных наблюдений. Так, например, в работе [27] результаты расчетов по этой модели сравнивались с наблюдениями проявления топографии дна (через индуцированные поверхностные течения) на РСА изображениях. Было отмечено, что модель ЕОМ значительно недооценивает величину контраста удельной эффективной поверхности рассеяния (УЭПР) по сравнению с наблюдаемым. Авторы пришли к выводу, что наблюдавшаяся во время эксперимента сильная интенсификация обрушений волн могла бы объяснить это несогласие. В работе [26] модель ЕОМ использовалась для анализа проявления конвергентного течения на РСА изображениях. В этой работе был сделан важный вывод, что только лишь привлечение дополнительного механизма рассеяния радиоволн на гребнях обрушающихся волн может объяснить наблюдаемые вариации УЭПР в зонах конвергенции.

В последующем, авторы работы [26] предложили модель проявления морских течений, учитывающую эффект обрушения ветровых волн. Для моделирования вклада обрушения волн в PJT сигнал они использовали выражение для удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) барашка, предложенной в [95] для скользящих углов облучения (хотя в [49] анализировался случай малых и умеренных углов падения), а для моделирования вероятности обрушения гребней волн использовалась модель, основанная на пороговом механизме обрушения гауссовой морской поверхности [83]. При этом, трансформация волн на течениях определялась из решения эволюционного уравнения [47], в котором потери энергии (обеспечиваемые, в основном, обрушениями волн) пропорциональны квадрату спектра, что, с одной стороны, не согласовано с используемой пороговой моделью обрушения волн, а, с другой стороны, не может рассматриваться в качестве приемлемой параметризации потерь энергии волн в гравитационном интервале (см. [77]). Тем не менее, при надлежащем подборе параметров, авторам работы [49] удалось получить модельные оценки PJ1 контрастов границ течений, которые согласуются с данными измерений. Не останавливаясь на обсуждении противоречивости и несогласованности элементов модели [49] (в частности, из результатов работы [4] следует недопустимость использования приближения гауссовой случайной поверхности при моделировании обрушения волн), отметим однако, что ее авторы сделали важный вывод о том что только лишь привлекая механизм рассеяние радиоволн на гребнях обрушающихся ветровых волн можно объяснить наблюдаемые PJI проявления поверхностных течений. Отметим также, что в большинстве моделей радиолокационных проявлений эффект трансформации АПС над пространственными неоднородностями температуры поверхности моря не учитывался. Однако, в работах [60, 23] было показано, что при определенных условиях этот эффект может существенно повлиять на формирование радиолокационных проявлений мезомасштабной изменчивости океана. Хотя, идея о том, что динамика ветровых волн тесно связана с эффектом трансформации АПС над поверхностью моря стала общепринятой (см. например [63]), нам неизвестны какие-либо попытки дать описание совместного эффекта течений и АПС (адаптированного под подстилающую поверхность) в формировании PJI проявлений.

Вышесказанное определяет научную новизну настоящей диссертационной работы, ориентированной на разработку усовершенствованной модели радиолокационного проявления мезомасштабных динамических явлений, учитывающей в рамках единого подхода эффекты взаимодействия волн и течений, влияния неоднородности приводного ветра, адаптированного под морскую поверхность, и воздействие пленок поверхностно-активных веществ.

Принципиально новым элементом предложенной модели является то, что радиолокационные проявления рассматриваются как возмущения "фонового" состояния морской поверхности и "фонового" радиолокационного рассеяния, описание которых верифицировано на экспериментальных данных. Использование верифицированной фоновой радиофизической модели морской поверхности, в которой определена роль различных механизмов рассеяния (бреггов-ское рассеяние, зеркальные отражения, рассеяние на гребнях обрушающихся волн) при различной геометрии PJI наблюдений и ветро-волновых условий, позволяет надеяться, что разработанная модель радиолокационных проявлений достоверно описывает изучаемые явления. Достоверность научных выводов систематически, на протяжении всей диссертации подтверждается сопоставлением модельных расчетов с данными экспериментальных исследований.

Основной целью работы является разработка усовершенствованной модели проявления поверхностных океанических явлений на радиолокационных изображениях, применимой для ГГ и ВВ поляризаций, произвольной частоты и угла падения радиоволн и различных ветро-волновых условий, которая могла бы единообразно использоваться для интерпретации и анализа РЛ проявлений произвольных океанических динамических явлений, таких как фронтальные зоны, вихри и меандры, границы "струйных" течений, зоны конвергенции/дивергенции течений, внутренние волны.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

• Разработать усовершенствованную модель трансформации спектра ветровых волн и характеристик обрушения волн в неоднородной среде, учитывающей поверхностные течения, переменное ветровое воздействие, наличие пленок ПАВ.

• Учесть эффект трансформации АПС над неоднородностями температуры морской поверхности в задаче эволюции ветровых волн в неоднородной среде.

• Обобщить известные модели рассеяния радиоволн на морской поверхности для создания универсальной модели, работающей при произвольных длинах радиоволн, углах падения, поляризации, и учитывающей влияние обрушения ветровых волн на радиолокационный сигнал.

• Оценить роль различных механизмов рассеяния радиоволн (брегговское рассеяние, зеркальные отражения, рассеяние на обрушающихся волнах) в формировании радиолокационных проявлений основных типов динамических океанических явлений.

• Построить радиолокационные "образы" основных типов морских явлений и оценить их радиолокационную наблюдаемость для различной геометрии PJI наблюдений, масштаба явлений и ветровых условий.

• Применить разработанную модель для анализа данных спутникового эксперимента "CoastWatch-95" и интерпретации РСА изображений, на которых зафиксированы проявления мезомасштабных океанических явлений.

Главным научным новшеством работы является разработка унифицированной модели формирования PJI проявлений мезомасштабных динамических явлений, которая применима для ГГ и ВВ поляризаций, произвольных частоты и угла падения радиоволны, и произвольных ветровых условий.

Предлагаемый подход основывается на идее построения единой модели УЭПР морской поверхности, которая должна с одинаковых позиций описывать и фоновые характеристики рассеяния морской поверхности, и их изменения, вызванные произвольными океаническими динамическими явлениями. Модель состоит из электромагнитной и гидродинамической частей. В качестве радиофизической модели использовано обобщение недавно разработанной полуэмпирической модели УЭПР [63] на случай малых углов падения. В обобщенном виде модель УЭПР учитывает брегговское рассеяние, квазизеркальное отражение и рассеяние на обрушающихся гребнях волн. Используемые при этом статистические свойства морской поверхности получаются из решения уравнения баланса волнового действия для равновесного интервала ветровых волн от нескольких миллиметров до длин в несколько раз меньших длины волны спектрального пика [62]. Тот факт, что спектр волнения следует из решения уравнения баланса волнового действия, является важным достоинством предлагаемого подхода, так как это дает возможность распространить уже верифицированную модель фоновых характеристик рассеяния морской поверхности на случай ее произвольных возмущений. Влияния поверхностных течений, изменчивого ветрового воздействия и пленок ПАВ учитываются в уравнении баланса волнового действия путем модификации источников и стоков энергии в его правой части.

Положениями выносимыми на защиту являются:

• Определяющий вклад в формирование PJI проявлений мезомасштабных течений вносят "небрегговские" компоненты рассеяния — квазизеркальные отражения от склонов крутых поверхностных волн (при малых углах падения) и рассеяние от обрушений ветровых волн (при умеренных и больших углах падения). Несмотря на то что брегговское рассеяние определяет фоновое рассеяние, его роль в формировании PJI проявления течений незначима.

• Небрегговские компоненты рассеяния определяются интегральными статистическими характеристиками морской поверхности — среднеквадратичным наклоном поверхности и долей поверхности моря, покрытой барашками. Среди всех возможных комбинаций компонент тензора сдвига вектора скорости течения, определяющее влияние на пространственные вариации интегральных характеристик поверхности оказывает дивергенция вектора поверхностного течения. Соответственно, PJI проявления несут информацию о зонах конвергенции/дивергенции океанических течений.

• PJI проявления зон конвергенции/дивергенции морских на ГГ поляризации выражены сильнее, чем на ВВ. Величина PJI контраста пропорциональна дивергенции вектора поверхностного течения, и уменьшается с увеличением скорости ветра. Предложены параметризации PJI контрастов, которые могут быть использованы в обратных задачах ДЗ — восстановлении величины конвергенции течений по PJI сигналу.

• При малых ветрах определяющая роль в формировании PJI проявлений принадлежит пленкам ПАВ, аккумулируемых в зонах конвергенции течений. Пленки ПАВ гасят брегговскую рябь, и тем самым (в противовес небрегговскому рассеянию) подавляют обратное рассеяние радиоволн в зонах конвергенции течений. Результирующий эффект (положительный или отрицательный PJI контраст) зависит от скорости ветра и концентрации ПАВ.

• Температурные фронты, сопровождающие динамические явления, оказывают существенное влияние на формирование PJI проявлений. Этот эффект обусловлен пространственными вариациями поверхностных ветровых напряжений, возникающих за счет трансформации стратифицированного АПС. Изменения приводного ветра в первую очередь влияют на брегговскую рябь. Влияние эффекта трансформации АПС на формирование PJI изображений тем сильнее, чем меньше скорость ветра и больше перепад температуры через фронт.

• Построены образы PJI проявлений различных типов мезомасштабных явлений иллюстрирующие многообразие факторов ответственных за формирование PJI проявлений (тип явления, его масштаб, присутствие ПАВ, ветровые условия, геометрия PJI наблюдений).

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в:

• Разработке усовершенствованной модели УЭПР морской поверхности, учитывающей как брегговское, так и небрегговское рассеяние, которое обеспечивается квазизеркальным отражением и рассеянием на обруша-ющихся гребнях волн. Модель описывает УЭПР морской поверхности для произвольных длин волн, углов падения и поляризаций.

• Разработке модели трансформации спектра ветровых волн в неоднородной среде во всем диапазоне длин волн (от нескольких миллиметров до длин в несколько раз меньших длина волны спектрального пика) и интегральных статистических характеристик морской поверхности, таких как среднеквадратичный наклон и доля поверхности, покрытая барашками. Модель учитывает влияние течений, неоднородного ветрового воздействия и пленок ПАВ.

• Разработке модели PJI проявлений мезомасштабных океанических явлений произвольного типа при произвольных условиях PJI наблюдений.

• Оценке возможности PJI наблюдения океанических явлений для различных ветровых условий и параметров радиолокатора. Выработка рекомендаций по оптимальному выбору параметров спутниковых PJ1 систем, предназначенных для мониторинга мезомасштабной изменчивости океана.

• Интерпретации и анализ наблюдавшихся PJ1 проявлений различных океанических явлений. Получении параметризации PJI контрастов как функции масштаба явления, скорости ветра и геометрии PJI наблюдений, которая может быть использована в обратных задачах ДЗ.

• Реализации разработанных методов в виде пакета прикладных программ.

Разработанная комплексная модель проявления мезомасштабной изменчивости океана на РЛИ может быть применена для нужд

• Рыбного промысла для обнаружения и контроля положения зон конвергенции и связанных с ними скоплений пелагических рыб.

• Оперативного выявления и мониторинга загрязнений поверхности моря нефтепродуктами.

• подводного и надводного мореплавания — выявления зон представляющих потенциальную опасность (например, зоны интенсивного внутреннего и поверхностного волнения, границы сильных поверхностных течений).

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международных симпозиумах "Атмосферная радиация" в 1999, 2000 и 2002 гг. (С.-Петербург), международных симпозиумах по наукам о Земле и дистанционному зондированию (IGARSS) в 1999 г. (Гамбург, Германия) и в 2001 г. (Сидней, Австралия), международном коллоквиуме EURISY в 2000 г. (Москва), всероссийской конференции "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами" в 2001 г. (Муром), симпозиуме Европейского геофизического общества (EGS) в 2002 г. (Ницца, Франция). Разработанное в рамках данной работы программное обеспечение используется в Международном Центре по Окружающей Среде и Дистанционному Зондированию им. Нансена (С.-Петербург).

Личный вклад автора. Автор работы принимал участие на всех этапах исследования от постановки задачи и разработки математических моделей до обсуждения и анализа результатов численного моделирования. Автор обеспечивал компьютерную обработку использовавшихся спутниковых данных и разработку компьютерных программ, реализующих модели радиолокационного рассеяния и трансформации характеристик ветрового волнения.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии, включающей 97 наименований, из них 83 на иностранных языках. Общий объём работы — 170 машинописных страниц, включая 50 рисунков и 1 таблицу.

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Акимов, Дмитрий Борисович

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом:

• Радиофизическая модель морской поверхности состоит из двух блоков гидродинамического и электромагнитного. Гидродинамический блок описывает статистические характеристики морской поверхности, необходимые для описания рассеяния радиоволн, а электромагнитных блок удельную эффективную площадь рассеяния (УЭПР) морской поверхности для заданной геометрии PJT наблюдения: поляризации приема/излучения радиоволны, её длины, угла падения и азимута наблюдения.

• Электромагнитная модель учитывает все возможные механизмы рассеяния радиоволн на морской поверхности: резонансное (брегговское) рассеяние, зеркальные отражения и рассеяние радиоволн на обрушающих-ся гребнях ветровых волн. Для описания вклада обрушения волн в PJT сигнал использована модель [61]. Первые два механизма описывают PJT рассеяние от "регулярной" (не покрытой гребнями обрушающихся волн) морской поверхности. Они являются предельными асимптотиками "точного" решения задачи рассеяния на случайной поверхности. В силу их простоты, эти асимптотики широко используются в различных прикладных задачах. В данной работе предложена процедура объединения объединения этих асимптотических решений в единую модель.

В стационарных и горизонтально однородных условиях (фоновых условия) гидродинамический блок радиофизической модели основан на физической модели спектра, разработанной в [62] и [61]. Сопоставление модельных расчетов УЭПР морской поверхности для фоновых условий с данными наблюдений в Ки- и С-диапазонах показывает, что модель даёт правильные значения УЭПР морской поверхности, величины поляризационного отношения, а также корректно воспроизводит азимутальный ход УЭПР и её ветровую зависимость.

Небрегговские механизмы рассеяния — квазизеркальные отражения и рассеяние на обрушающихся гребнях волн — принципиально важные компоненты полной модели рассеяние, без включения которых невозможно объяснить наблюдаемые особенности УЭПР морской поверхности. Роль каждого из этих механизмов зависит от угла наблюдения 9 и поляризации. Вклад небрегговского рассеяния на ГГ поляризации больше чем на ВВ. Квазизеркальные отражения доминируют в небреггов-ском рассеянии при 9 < 20°. При больших углах падения доминирующую роль играют обрушения волн.

Заключение

В данной работе предложена модель проявления мезомасштабных динамических явлений океана (фронтальные разделы, зоны конвергенции/дивергенции течений, вихревые образования, границы струйных течений) в PJI изображениях поверхности при произвольной геометрии PJI наблюдений и ветро-волновых условий. Основной акцент делается на условия PJT наблюдений, типичные для действующих в настоящее время PJT систем космического базирования.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Акимов, Дмитрий Борисович, Санкт-Петербург

1. Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности.— М.: Наука, 1972.— 424 с.

2. Дулов В. А., Запевалов А. СБольшаков А. И., Смолов В. Е. Проявления динамики воды в прибрежной зоне в поле обрушений ветровых волн // Мор. гидрофиз. журн,— 1999. — № 4.— С. 3-17.

3. Заславский Г. М., Шарков Е. А. Фрактальные свойства зон обрушивающихся волн на поверхности моря // Докл. АН СССР. — 1987. — Т. 294, № 6. С. 1362-1366.

4. Захаров Л. А. Введение в промысловую океанологию. — Калининград: Калинингр. ун-т., 1998. — 84 с.

5. Караев В. Ю., Баландина Г. Н. Модифицированный спектр волнения и дистанционное зондирование // Исслед. Земли из космоса. — 2000.

6. Кудрявцев В. Н.; Акимов Д. Б., Йоханнессен О. Проявление мезомасштабной изменчивости моря на радиолокационных изображениях его поверхности // Исслед. Земли из космоса. — 2003. — JVQ 2. — в печати.

7. Кудрявцев В., Малиновский В., Родин А. Проявления температурных фронтов в радиолокационных изображениях океана // Исслед. Земли из космоса. — 1999. — № б. С. 16-26.

8. Куръянов Б. Ф. Рассеяние звука на шероховатой поверхности с двумя типами неровностей // Аккуст. журн. — 1962. — Т. 8, № 3. — С. 325-333.

9. Лавренов И. В. Математическое моделирование ветрового волнения в пространственно-неоднородном океане.— СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. 499 с.

10. Левасту Т., Хела И. Промысловая океанография, — JL: Гидрометеоиздат, 1974. — 295 с.

11. Педлоски Д. Геофизическая гидродинамика, — М.: Мир, 1984,— Т. 1,— 400 с.

12. Федоров К. Н. Физическая природа и структура океанических фронтов.-— JL: Гидрометеоиздат, 1983. — 296 с.

13. Филлипс О. М. Динамика верхнего слоя океана. — второе издание. — JL: Гидрометеоиздат, 1980.— 319 с.

14. Akimov D. В., Johannessen О. М., Mitnik L. М., Volkov V. A. Signatures of fronts in the Ob and Yenisey estuaries in the Kara Sea // Proceedings of International Geoscience and Remote Sensing Symposium. — Hamburg, Germany: 1999. Pp. 2542-2544.

15. Apel J. R. An improved model of the ocean surface wave vector spectrum and its effects on radar backscatter //J. Geophys. Res. — 1994. — Vol. 99, no. C8. — Pp. 16269-16291.

16. Banner M. L., Fooks E. H. On the microwave reflectivity of small scale breaking water waves // Philos. Proc. R. Soc. London. — 1985.— Vol. A339. Pp. 93-109.

17. Banner M. L., Jones I. S. F., Trinder J. C. Wavenumber spectra of short gravity waves // J. Fluid Mech. 1989. — Vol. 65. - Pp. 647-656.

18. Banner M. L. Equilibrium spectra of wind waves // J. Phys. Oceanogr. — 1990. Vol. 20. - Pp. 966-984.

19. Bass F. G., Fuks I. M., Kalmykov A. I., Ostrovsky I. E., Rosenberg A. D. Very high frequency radiowave scattering by a disturbed sea surface. Part 2: Scattering from an actual sea surface // IEEE Trans. Antennas Propag. — 1968. Vol. 16. - Pp. 560-568.

20. Beal R. C., Katz I., DeLeonibus P., eds. Spaceborne SAR for Oceanography.— The Johns Hopkins University Press, 1981.— 213 pp.

21. Bentamy A., Quilfen Y., Queffeulou P., Cavanie A. Calibration and validation of ERS-1 scatterometer: Tech. Rep. DRO-OS-94-Ol. — Brest, France: Inst. Fr. Rech. pour l'Exploit. de la Mer (IFREMER), 1994.

22. Bjerkaas A. W., Riedel F. W. Proposed model for the elevation spectrum of wind-roughed sea surface: Tech. Rep. APL-TG-1328-I-31: Appl. Phys. Lab., Johns Hopkins Univ., 1979.

23. Chubb S., Cooper A., Jansen R., Fusina R., Lee J. Radar backscatter from breaking waves in Gulf Stream current convergence fronts // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1999. - Vol. 17, no. 4,- Pp. 1951-1965.

24. Cox C. S., Munk W. H. Observation of atmospheric boundary layer evolution above the Gulf Stream frontal zone // J. Mar. Res. — 1954.— Vol. 13.— Pp. 198-227.

25. Cox C. Measurements of slopes of high frequency waves // /. Mar. Res.— 1958.-Vol. 16.-Pp. 199-225.

26. Dokken S. Т., Wahl T. Observations of spiral eddies along the Norwegian coast in ERS SAR images: Tech. Rep. 96/01463: Norwegian Defence Research Establishment (NDRE), 1996.

27. Donelan M. A., Hamilton J., Hui W. H. Directional spectra of wave generated waves // Philos. Trans. R. Soc. London.— 1985.— Vol. A315.— Pp. 509-562.

28. Donelan M., Pierson W. Radar scattering and equilibrium ranges in wind-generated waves with application to scatterometry // /. Geophys. Res. — 1987. Vol. 92. - Pp. 4971-5029.

29. Dulov V. A., Kudryavtsev V. N., Sherbak 0. G., Grodsky S. A. Observation of wind wave breaking in the gulf stream frontal zone // The Glob. Atm. Ocean System. 1998. - Vol. 6. - Pp. 209-242.

30. Duncan J. H. An experimental investigation of breaking waves produced by towed hydrofoil // Philos. Proc. R. Soc. London. 1981.- Vol. А377,-Pp. 331-348.

31. Eldevik Т., Dysthe К. В. Spiral eddies // J. Phys. Oceanogr.— 2002,— Vol. 32.-Pp. 851-869.

32. Elfouhaily Т., Chapron ВKatsaros K., Vandermark D. A unified directional spectrum for long and short wind driven waves //J. Geophys. Res. — 1997,-Vol. 102.-Pp. 15781-15796.

33. Ericson E. A., Lyzenga D. R., Walker D. T. Radar backscattering from stationary breaking waves //J. Geophys. Res. — 1999. — Vol. 104, no. C12. — Pp. 29679-29695.

34. Ermakov S. A., Salashin S. G., Panchenko A. R. Film slicks on the sea surface and some mechanisms of their formation // Dyn. Atmosph. Ocean. — 1992. Vol. 16. - Pp. 279-304.

35. Fischer K., Legg S., Munk W., Shuchman R., Carwood R., Palshook J. Modeled radar surface signature of deep ocean convection // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1999, — Vol. 37, no. 4. — Pp. 2050-2067.

36. Font J., Rousseau S., Shirasago В., Garcia-Gorriz E., Haney R. L. Mesoscale variability in the Alboran Sea: Synthetic aperture radar imaging of frontal eddies // J. Geophys. Res.- 2002.- Vol. 107.- DOI: 10.1029/2001JC000835.

37. Fung A. K., Pan G. W. A scattering model for perfeclty conducting random surfaces. Part 1: Model development // Int. J. Remote Sens. — 1987. — Vol. 8, no. 11.- Pp. 1579-1593.

38. Grodsky S., Kudryavtsev V., Makin V. Evaluation of the influence of surface films on short wind waves and characteristics of the boundary layer of the atmosphere // J. Phys. Oceanogr. — 2000. — Vol. 11, no. 6. — Pp. 495-508.

39. Bar а Т., Bock E. J., Donelan M. Frequency-wavenumber spectrum of wind generated gravity-capillary waves // J. Geophys. Res. — 1997. — Vol. 102. — Pp. 1067-1072.

40. Hasselmann К., et al. Measuments of wind wave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP): Reihe A 12: Heraus-gegeben vom Deutsch Hydrograph. Institut, 1973.

41. Holliday D., St-Cyr G., Woods N. W. A radar ocean imaging model for small to moderate incidence angles // Int. J. Remote Sens.— 1986.— Vol. 7.— Pp. 1809-1834.

42. Horstmann J., Koch W., Lehner S., Tonboe R. Wind retrieval over the ocean using synthetic aperture radar with C-band HH polarization // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. — 2000. — Vol. 38.- Pp. 2122-2131.

43. Hughes B. A. The effect of internal waves on surface wind waves. Part 2: Theoretical analysis // J. Geophys. Res. 1978. - Vol. 83.-Pp. 455-465.

44. Jahne В., Riemer K. S. Two-dimensional wave number spectra of small-scale water surface waves // J. Geophys. Res. — 1990. — Vol. 95, no. C7.— Pp. 11531-11546.

45. Jansen R., Shen C., Chubb S., Cooper A., Evans T. Subsurface, surface, and radar modelling of a Gulf Stream current convergence // J. Geophys. Res. — 1998.-Vol. 103, no. C9. — Pp. 18723-18743.

46. Johannessen J., G. D., Espedal H., Johannessen О. M., Samuel P. SAR Ocean Feature Catalogue.— ESTEC, Noordwijk, The Netherlands: ESA Publication Division, 1994. — 106 pp.

47. Johannessen J., Shuchman R., Digranes G., Lyzenga D., Wackerman W., Johannessen O., Vachon P. Coastal ocean fronts and eddies imaged with ERS-1 synthetic aperture radar //J. Geophys. Res. — 1996.— Vol. 101. — Pp. 6651-6667.

48. Johannessen О. M., Espedal H. A., Furevik В., Akimov D. В., Jenkins A. Coastwatch: Intergrating satellite imagery in an operational system for monitoring coastal currents, wind, surfactants and oil spills // S. Vallerga,

49. N. Flemming, eds., Operational Oceanography — Extending the limits of predictability. — Elsevier, 2001.

50. Johannessen О. M., Espedal H., Akimov D. B. CoastWatch-95: modelling of ocean fronts imaged by SAR // Proceedings of International Geoscience and Remote Sensing Symposium. — Hamburg, Germany: 1999. — Pp. 1957-1959.

51. Johannessen О. M., Jensen V. E. Explotation of ERS-1/2 tandem mission for LRS program: Tech. Rep. 49. — Bergen, Norway: NERSC, April 1995.

52. Jones L. W., Schroder L. C. Radar backscattering from the ocean: Dependence on surface friction velocity // Bound.-Layer Meteorol.— 1978.— Vol. 13.-Pp. 133-149.

53. JOWIP, SARSEX special issue. SAR — internal wave results, the Georgia Straits and New York Bight experiments // /. Geophys. Res.— 1988. — Vol. 93.-Pp. 12217-14164.

54. Kalmykov A. Pustovoytenko V. V. On polarization features of radio signals scattered from the sea surface at small grazing angles // J. Geophys. Res. — 1976,- Vol. 81.- Pp. 1960-1964.

55. Kitaigorodskii S. A. On the thoery of the equilibrium range of the spectrum of wind-generated gravity waves // J. Phys. Oceanogr. — 1983. — Pp. 1381613827.

56. Kudryavtsev V., Grodsky SDulov V., Bolshakov A. Observation of wind waves in the Gulf Stream frontal zone // J. Geophys. Res. — 1995.— Vol. 100, no. C10.- Pp. 20715-20727.

57. Kudryavtsev V., Grodsky S., Dulov V., Malinovsky V. Observation of atmospheric boundary layer evolution above the Gulf Stream frontal zone // Bound.-Layer Meteorol. 1996. — Vol. 79. — Pp. 51-82.

58. Kudryavtsev V., Hauser D., Caudal G., Chapron B. A semi-empirical model of the normalized radar cross-section of the sea surface. Part 1: The background model //J. Geophys. Res. 2002. - Vol. 00. — Pp. 000-000. - DOI: 10.1029/2001JC001003, in press.

59. Kudryavtsev V., Makin V., Chapron B. Coupled sea surface atmosphere model. Part 2: Spectrum of short wind waves //J. Geophys. Res. — 1999. — Vol. 104, no. C4.- Pp. 7625-7639.

60. Kudryavtsev V., Makin V. The impact of the air flow separation on the sea surface drag // Bound.-Layer Meteorol. — 2001. — Vol. 89, — Pp. 155-171.

61. Kudryavtsev V. The coupling of wind and internal waves: Modulation and friction mechanism 11 J. Fluid Mech. — 1994. Vol. 278. — Pp. 33-62.

62. Kwoh D. S., Lake В. M. A deterministic, coherent, and dual-polarized laboratory study of microwave backscattering from water waves. Part 1: Short gravity waves without wind // IEEE J. Oceanic Eng. — 1984.— Vol. 9.— Pp. 291-308.

63. Laur H., Bally P., Meadows P., Sanchez В., Schaettler В., Lopinto E. ERS SAR Calibration: Derivation of the backscattering coefficient cr° in ESA ERS SAR PRI products: Tech. Rep. ES-TN-RS-PM-HL09. Frascati, Italy: ES-RIN ESA, 1996. - Issue 2, Rev. 2.

64. Lyzenga D. R., Bennett J. R. Full-spectrum modeling of synthetic aperture radar internal wave signature // J. Geophys. Res. — 1988. — Vol. 93, no. C10. Pp. 12345-12354.

65. Lyzenga D. R., Ericson E. A. Numerical calculations of radar scattering from sharply peaked ocean waves // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. — 1998,- Vol. 36, no. 2.- Pp. 636-646.

66. Lyzenga D. R. Interaction of short surface and electromagnetic waves with ocean fronts //J. Geophys. Res. — 1991,— Vol. 96, no. Сб. Pp. 1076510772.

67. Marmorino G. ОJansen R. W., Valenzuela G. R., Trump C. L., Lee J. S., Kaiser J. A. C. Gulf Stream surface convergence imaged by synthetic aperture radar // J. Geophys. Res. 1994. - Vol. 99.- Pp. 18315-18328.

68. Mastenbrok C. Wind-wave interaction. — The Netherlands: Technical University of Delft. 1996.- Ph.D. Thesis.

69. Masuko H., Okamoto K., Shimada M., S.Niwa. Measurements of microwave, backscattering of the ocean surface using X-band and Ka-band airborne scat-terometers 11 J. Geophys. Res.- 1986.- Vol. 91, no. СИ.— Pp. 1306513083.

70. Melville W. K., Loewen M. R., Felizardo F. C., Jessup А. Т., Buckingham M. J. Acoustic and microwave signatures of breaking waves // Nature. — 1998. Vol. 336. - Pp. 54-56.

71. Munk W., Armi L., Fischer K., Zachariasen F. Spirals on the sea // Philos. Proc. Roy. Soc. London. ~ 2000. Vol. A456.- Pp. 1217-1280.

72. Nilsson C., Tildesley P. Imaging of oceanic features by ERS-1 synthetic aperture radar // J. Geophys. Res.- 1995.- Vol. 100.- Pp. 953-967.

73. Phillips О. M. On the response of short ocean wave components at a fixed wave number to ocean current variations // J. Phys. Oceanogr. — 1984. — Vol. 107.-Pp. 465-485.

74. Phillips О. M. Spectral and statistical properties of the equilibrium range in wind-generated gravity waves //J. Fluid Mech.— 1985.— Vol. 156.— Pp. 505-531.

75. Phillips О. M. Radar returns from the sea surface — Bragg scattering and breaking waves // J. Phys. Oceanogr.— 1988. —Vol. 18,- Pp. 1065-1074.

76. Pierson W. J., Moskowitz L. A proposed spectral form for fully developed sea based on the similarity theory of S.A.Kitaigorodskii // J. Geophys. Res.— 1964. Vol. 69. - Pp. 5181-5190.

77. Pierson W. J. The theory and applications of ocean wave measuring systems at and below sea surface, on the land, from aircraft and from spacecraft: Tech. Rep. CR-2646, N76-17775: NASA, 1976.

78. Plant W. J. A two-scale model of short wind-generated waves and scatterom-etry // J. Geophys. Res. 1986. - Vol. 91, no. C9. — Pp. 10735-10749.

79. Scully-Power P. Navy oceanographer shuttle observations, mission report: Tech. Rep. STS 41-G. — New London, Connecticut: Naval Underwater Systems Center, 1986.

80. Snyder R. L., Kennedy R. M. On the formation of whitecaps by a threshold mechanism. Parti: Basic formation // J. Phys. Oceanogr.— 1983.— Vol. 13,-Pp. 1482-1492.

81. Stewart R. W. The air-sea momentum exchange // Bound.-Layer Meteo-rol. 1974. - Vol. 6. - Pp. 151-167.

82. Thompson D., Elfouhaily Т., Chapron B. Polarization ratio for microwave backscattering from the ocean surface at low to moderate incidence angles // Proceedings of International Geoscience and Remote Sensing Symposium. — Seattle, USA: 1998,- on CD-ROM.

83. Townsend A. A. Flow in a deep turbulent layer disturbed by water waves // J. Fluid Mech. 1972. - Vol. 98. - Pp. 171-191.

84. Trokhimoski Y. G., Irisov V. G. The analysis of wind exponents retrieved from microwaves radar and radiometric measurements // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens.- 2000,- Vol. 18,- Pp. 470-479.

85. Unal С. M. H., Snoeij P., Swart P. J. F. The polarization-dependent relation between radar backscatter from the ocean surface and surface vector at frequencies between 1 and 18 GHz // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. — 1991.-Vol. 29, no. 4.

86. Vachon P. W., Dobson F. W. Wind retrieval from RADARS AT SAR images: Selection of a suitable C-Band HH polarization wind retrieval model // Can. J. Remote Sensing. 2000. — Vol. 24, no. 4. - Pp. 306-313.

87. Valenzuela G. Theories for the interaction of electromagnetic and ocean waves — a review // Bound.-Layer Meteorol. — 1978. — Vol. 13. — Pp. 61-85.

88. Vandemark D., Edson J. В., Chapron B. Altimeter estimation of sea surface wind stress for light to moderate winds // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology1997. — Vol. 14, no. 3, Part 2,- Pp. 716-722.

89. Voronovich A. G., Zavoronty V. U. Theoretical model for scattering of radar signals in ku- and c-bands from a rough sea surface with breaking waves // Waves in Random Media. — 2001. Vol. 11. - Pp. 247-269.

90. WAMDI Group. The WAM model — a third generation ocean wave prediction model // J. Phys. Oceanogr. 1988. - Vol. 12.-Pp. 1775-1810.

91. Wentz F. J., Smith D. K. A model function for the ocean-normalized radar cross-section at 14 GHz derived from NSCAT observations // J. Geophys. Res. 1999. - Vol. 104. - Pp. 11499-11514.

92. Wetzel L. B. On microwave scattering by breaking waves // О. M. Phillips, K. Hasselmann, eds., Wave Dynamics and Radio Probing of the Ocean Surface. New Work: Plenum, 1986. - Pp. 273-284.

93. Wright J. W. A new model for sea clutter // IEEE Trans. Antennas Propag. 1968. - Vol. 16. - Pp. 217-223.

94. Zhang X. Capillary-gravity and capillary waves generated in a wind wave tank: Observation and theories // J. Fluid Mech.— 1995.— Vol. 289,— Pp. 51-82.