Измерение капиллярных колебаний морской поверхности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Капиллярные волны на морской поверхности оказывают существенное влияние на рассеяние как оптического, так и микроволнового излучения. Хотя амплитуда капиллярных волн составляет доли миллиметра, уклоны, сформированные на капиллярных волнах, нередко превышают 30°, что приводит к сильному изменению эффективного коэффициента отражения, поглощения, сечения обратного рассеяния. Капиллярные волны подробно изучаются в бассейнах, однако в натурных морских условиях их измерять не удавалось. В настоящей работе предложен дистанционный метод измерения уклонов, амплитуды, направления волнового вектора, структуры капиллярных волн в натурных условиях. Метод основан на регистрации видеокамерой искажения лазерных лучей, падающих сверху вниз на морскую поверхность. Авторам удалось решить обратную задачу вычисления всех параметров капиллярной волны по форме капиллярной гребенки на видеокадрах. Чувствительность метода по измерению амплитуды волн составляет 30 мкм при расстоянии до поверхности свыше 4 м.

Об авторах

В. В. Стерлядкин

МИРЭА – Российский технологический университет

Email: sterlyadkin@mail.ru

К. В. Куликовский

МИРЭА – Российский технологический университет

А. А. Задерновский

МИРЭА – Российский технологический университет

Список литературы

  1. Басс Ф.Г., Брауде С.Я., Калмыков А.И. и др. Методы радиолокационных исследований морского волнения (радиоокеанография) // Успехи физических наук. 1975. Т. 116. С. 741–743. https://doi.org/10.3367/UFNr.0116.197508j.0741
  2. Ермаков С.А., Рувинский К.Д., Салашин С.Г., Фрейдман Г.И. Экспериментальное исследование генерации капиллярно-гравитационной ряби сильнонелинейными волнами на поверхности глубокой жидкости // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1986. Т. 22. № 10. С. 1072–1080.
  3. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Щегольков Ю.Б. Лабораторные исследования кривизны гравитационно-капиллярных волн конечной амплитуды // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 1997. Т. 33. № 3. С. 394–401.
  4. Садовский И.Н., Сазонов Д.С. Экспериментальные исследования эффективной излучательной способности взволнованной морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 6. С. 234–246. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2023-20-6-234-246
  5. Стерлядкин В.В. Сканирующий лазерный волнограф с регистрацией “мгновенной” формы поверхности. Патент РФ № 2749727. 16.10.2020.
  6. Стерлядкин В.В., Куликовский К.В. Измерение капиллярных волн лазерным волнографом // Российский технолог. журн. 2022. Т. 10. № 5. C. 100–110. https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/571/415
  7. Стерлядкин В.В., Сазонов Д.С., Кузьмин А.В., Шарков Е.А. Наземные радиометрические измерения эффективной излучательной способности морской поверхности без абсолютной калибровки // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2018. Т. 15. № 2. С. 29–41. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2018-15-2-29-41
  8. Donelan M.A., Pierson W.J. Jr. Radar scattering and equilibrium ranges in wind-generated waves with application to scatterometry // J. Geophysical Research. 1987. V. 92. Iss. C5. P. 4971–5029. https://doi.org/10.1029/JC092iC05p04971
  9. Ebuchi N., Kawamura H., Toba Y. Fine structure of laboratory wind-wave surfaces studied using an optical method // Boundary-Layer Meteorology. 1987. V. 39. P. 133–151.
  10. Ermakov S.A., Makarov E.V., Sergievskaya I.A. Radar scattering on gravity-capillary waves: Laboratory investigation // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2007. V. 43. P. 243–249. https://doi.org/10.1134/S0001433807020119
  11. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., Dobrokhotov V.A., Lazareva T.N. Wave tank study of steep gravity-capillary waves and their role in Ka-band radar backscatter // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2022. V. 60. P. 1–12. Article 4202812. https://doi.org/10.1109/TGRS.2021.3086627
  12. Fedorov A.V., Melville W. Rozenberg K.A. An experimental and numerical study of parasitic capillary waves // Physics of Fluids. 1998. V. 10. P. 1315–1323. https://doi.org/10.1063/1.869657
  13. Perlin M., Lin H., Ting C.-L. On parasitic capillary waves generated by steep gravity waves: Аn experimental investigation with spatial and temporal measurements // J. Fluid Mechanics. 1993. V. 2. P. 417–445. https://doi.org/10.1017/S0022112093002605
  14. Sterlyadkin V.V. Some aspects of the scattering of light and microwaves on non-spherical raindrops // Atmosphere. 2020. V. 11. Iss. 5. Article 531. https://doi.org/10.3390/atmos11050531
  15. Sterlyadkin V.V. The problem of reconstructing the profile of the sea surface from the video image of laser beams // Oceanology. 2024. V. 64. № 3. P. 342–352.
  16. Sterlyadkin V.V., Kuzmin A.V., Sharkov E.A., Likhacheva M.V. Scanning laser wave recorder with registration of “Instantaneous” sea surface profiles // Atmospheric and Oceanic Technology. 2021. V. 38. № 8. P. 1415–1424. https://doi.org/10.1175/JTECH-D-21–0036.1
  17. Yurovsky Y.Y., Kudryavtsev V.N., Grodsky S.A., Chapron B. Ka-band dual copolarized empirical model for the sea surface radar cross section // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2017. V. 55. № 3. P. 1629–1647. https://doi.org/10.1109/TGRS.2016.2628640

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).