Доплеровская скаттерометрия – это сравнительно новый метод дистанционного зондирования океана. Скаттерометром называется прибор, способный измерять степень шероховатости подстилающей поверхности (в науке этот параметр называется коэффициентом обратного рассеяния). В океанологических исследованиях подстилающей поверхностью выступает поверхность моря, а ее шероховатость обеспечивается волнами малых масштабов, которые напрямую подчиняются ветру. Обычный скаттерометр, запущенный на орбиту Земли, измеряет скорость приводного ветра практически на всей площади мирового океана. Ученые предполагают, что скаттерометры следующего поколения будут способны измерять доплеровский сдвиг, вызываемый движением морской поверхности (в первую очередь, морскими течениями). Развитие методов доплеровской скаттерометрии в будущем позволит проводить прямую оценку скорости морских течений из космоса.
Сотрудникам Морского гидрофизического института совместно с коллегами из Российского государственного гидрометеорологического университета, Университета Мэриленда (США) и Института изучения и освоения моря (IFREMER, Франция) удалось выявить особенности применения метода доплеровской скаттерометрии в условиях сильного ветра (до 35 м/с). Работы проводились в рамках госзадания ФГБУН ФИЦ МГИ «Океанологические процессы» и проекта Российского научного фонда «Исследования поверхностных волн и их обрушений в тропических и полярных циклонах на основе спутниковых измерений и моделирования». Результаты исследований опубликованы в рейтинговом научном журнале Remote Sensing.
Известно, что при скорости ветра более 20-25 м/с поверхность моря качественно меняется из-за попадания в атмосферу значительного объема брызг, срываемых ветром с гребней волн. В этом случае насыщенный каплями приводный слой атмосферы ведет себя как смазка, уменьшая аэродинамическое сопротивление морской поверхности. Такой эффект может привести к дальнейшему усилению ветра. Без учета этого эффекта невозможен правильный прогноз таких опасных явлений, как тропические и полярные циклоны, тайфуны, ветры ураганной силы.
«Само исследование мы провели в 2021 году, но экспериментальные данные были получены нами ранее, практически случайно, в течение полутора суток. В нашем институте ежегодно проводятся экспедиции на океанографическую платформу (пос. Кацивели) с целью сбора новых натурных данных, отладки приборов и т.д. В одну из таких осенних экспедиций, как раз тогда, когда в составе оборудования имелось всё необходимое для скаттерометрических измерений, мы наблюдали случай довольно сильного северного ветра, скорость которого в течение примерно 6 часов колебалась в пределах 20-30 м/с. Такой ветер, имеющий местное название „бора“, возникает в результате стекания холодного воздуха по склонам гор. Подобные события в месте проведения наших экспериментов происходят всего несколько раз в год, как правило в зимний нерабочий сезон. Для нас было большой удачей провести полноценные натурные измерения в таких необычных условиях», – рассказывает автор статьи, старший научный сотрудник отдела дистанционных методов исследований МГИ Юрий Юровский.
Проведенное исследование полностью основано на данных натурных экспериментов, полученных на океанографической платформе Черноморского гидрофизического подспутникового полигона МГИ. В ходе экспериментальных работ помимо стандартных гидрометеорологических приборов ученые использовали прототип доплеровского скаттерометра.
«Этот прибор позволяет проводить измерения, подобные тем, которые только планируется осуществлять с помощью спутников. Нам удалось проверить, как работает доплеровский скаттерометр при сильном ветре, когда над морской поверхностью начинает формироваться слой брызг. Мы определили, что брызги оказывают влияние на сигнал, и этот факт теперь можно использовать для диагностики приводного слоя атмосферы в условиях ураганных ветров. Вместе с тем степень этого влияния недостаточна, чтобы заметным образом изменить средние характеристики сигнала. В ходе нашего эксперимента мы получили подтверждение того, что разработанный ранее алгоритм оценки скорости течения может быть использован в условиях сильного ветра», – пояснил ученый.
Авторы статьи выражают надежду, что результаты их работы будут востребованы при планировании новых спутниковых приборов, опирающихся на использование эффекта Доплера в качестве информативного параметра. В настоящее время усилия ученых сконцентрированы на автоматизации разработанной ими системы скаттерометрических измерений.
«Уже сейчас мы получили массив данных, охватывающий почти год непрерывных наблюдений, нам еще только предстоит их обработать. В перспективе эта база данных должна дать более обоснованное с точки зрения статистики подтверждение полученных ранее результатов, а также помочь выявить более тонкие эффекты, которые невозможно уловить при эпизодических наблюдениях», – подытожил Юрий Юровский.
