Влияние групповой структуры поверхностных волн на точность определения уровня океана путем лазерного зондирования с космических аппаратов


https://doi.org/10.7463/rdopt.0316.0847197

Полный текст:


Аннотация

Морское волнение является основным фактором, приводящим к погрешности дистанционного определения с космических аппаратов уровня морской поверхности. Принципиальным отличием лазерной альтиметрии от радиоальтиметрии является то, что площадь, облучаемой лазером поверхности, много меньше поверхности, облучаемой радаром. Диаметр лазерного пятна на морской поверхности сравним с длиной морских доминантных волн и в некоторых ситуациях заметно меньше. При лазерном зондировании определяется среднее расстояние от космического аппарата до участка взволнованной поверхности. Этот участок может быть смещен относительно уровня невозмущенной поверхности.  Смещения создают ошибки, которые соответствуют как смещению вверх, так и смещению вниз уровня поверхности.

Анализ проводится на основе численного моделирования. Используется аналитическая модель, описывающая топографическую структуру морской поверхности. Проводится анализ погрешности определения уровня морской поверхности, вызванной нелинейными эффектами доминантных волн. Проанализированы эффекты, создаваемые поверхностными волнами,  которые имеют групповую структуру. Также проанализировано влияние на максимальные значения погрешности отклонений распределений волновых возвышений морской поверхности от распределения Гаусса.

Показано, что ошибки определения уровня морской поверхности прямо пропорциональны значимой высоте волн. Они также зависят от отношения диаметра лазерного пятна на поверхности и длины доминантных волн. Наиболее заметные изменения погрешности измерений происходят в области, где диаметр лазерного пятна на морской поверхности меньше длины доминантных морских волн. Если отношение диаметра пятна к длине доминантной волны стремится к нулю, то погрешность может достигать 60 % от значимой высоты волн.

Асимметрия распределения возвышений морской поверхности, создаваемых поверхностными волнами влияет на уровень погрешности определения уровня морской поверхности. При изменении асимметрии от 0 до 0.4 максимальные значения погрешности отдельных измерений могут меняться на 10-11 %.

Анализ проведен в рамках модели регулярной групповой структуры поверхностных волн. Следующим шагом должен стать учет межгрупповой изменчивости волновых характеристик.


Об авторах

А. С. Запевалов
Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь
Россия


Н. Е. Лебедев
Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь
Россия


Список литературы

1. Kubryakov A.A., Stanichny S.V. Mesoscale eddies in the Black Sea from satellite altimetry data // Oceanology. 2015. Vol. 55, no. 1. Pp. 56–67. DOI: 10.1134/S0001437015010105

2. Chelton D.B., Schlax M.G., Samelson R.M. Global observations of nonlinear mesoscale eddies // Progress in Oceanography. 2011. Vol. 91, no. 2. Pp. 167–216. DOI: 10.1016/j.pocean.2011.01.002

3. Показеев К.В., Запевалов А.С., Пустовойтенко В.В. Моделирование формы отраженного импульса радиоальтиметра // Вестник МГУ. Серия 3. Физика. Астрономия. 2013. № 5. С. 80-85.

4. Guedes Soares C., Antão E.M. Comparison of the characteristics of abnormal waves on the North Sea and Gulf of Mexico // Rogue Waves 2004: proceedings of a workshop organized by Ifremer and held in Brest, France, 20-21-22 October 2004 within the Brest Sea Tech Week.

5. Jha A.K., Winterstein S.R. Nonlinear random ocean waves: prediction and comparison with data // Proc. 19th Intl. Offshore Mech. Arctic Eng. Symp., ASME. 2000. Paper no. OMAE 00–6125.

6. Rodriguez Е. Altimetry for non-Gaussian oceans: Height biases and estimation of parameters // Journal of Geophysical Research: Oceans. 1988. Vol. 93, no. C11. Pp. 14107-14120.

7. Козинцев В.И., Белов М.Л., Орлов В.М., Городничев В.А., Стрелков Б.В. Основы импульсной лазерной локации. М.: Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2010. 573 c.

8. Hu Y., Stamnes K., Vaughan M., Pelon J., Weimer C., Wu D., Cisewski M., Sun W., Yang P., Lin B., Omar A., Flittner D., Hostetler C., Trepte C., Winker D., Gibson G., Santa-Maria M. Sea surface wind speed estimation from space-based lidar measurements // Atmospheric Chemistry and Physics. 2008. Vol. 8, no. 13. Pp. 3593-3601. DOI: 10.5194/acp-8-3593-2008

9. Городничев В.А., Белов М.Л. Оценка погрешности лазерного высотомера для измерения наклонов уровня океана // Радиооптика. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 4. С. 36–46. DOI: 10.7463/rdopt.0415.0793187

10. Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: Спутниковая альтиметрия – современное состояние, перспективы и проблемы // Сер. Современные проблемы океанологии. Севастополь. НПЦ “ЭКОСИ-Гидрофизика”. -- 2012. -- Вып. № 11. 218 с.

11. Юэн Г., Лейк Б. Нелинейная динамика гравитационных волн на глубокой воде. Пер. с англ. Новое в зарубежной науке. Механика. Вып. 41. М.: Мир, 1987. 179 с.

12. Запевалов А.С., Большаков А.Н., Смолов В.Е. Моделирование плотности вероятностей возвышений морской поверхности с помощью рядов Грама-Шарлье // Океанология. 2011. Т. 51, № 3. С. 432–439.

13. Запевалов А.С., Показеев К.В., Шумейко И.П., Ожиганова М.И. Моделирование пространственно-временных связей в поле морских доминантных волн в задачах гидроакустики // Процессы в геосредах. 2015. № 4. С. 28-33.

14. Косьян Р.Д., Подымов И.С., Пыхов Н.В. Динамические процессы береговой зоны моря // М.: Научный мир. 2003. 320 с.

15. Преснухин А.В. Групповая структура ветровых волн в Каспийском море // Литодинамика донной контактной зоны океана. Материалы международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Лонгинова 2009. С. 31-33.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Запевалов А.С., Лебедев Н.Е. Влияние групповой структуры поверхностных волн на точность определения уровня океана путем лазерного зондирования с космических аппаратов. Радиостроение. 2016;(3):18-28. https://doi.org/10.7463/rdopt.0316.0847197

For citation: Zapevalov A.S., Lebedev N.E. A Surface Waves Group Structure Effect on the Ocean Level Accuracy Rate via Spacecraft Laser Sensing. Radio Engineering. 2016;(3):18-28. (In Russ.) https://doi.org/10.7463/rdopt.0316.0847197

Просмотров: 118

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)