Моделирование характеристик свч- и ик-излучения соа и анализ их взаимосвязи с характеристиками теплового взаимодействия океана и атмосферы

МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВЧ- И ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ СОА И АНАЛИЗ ИХ ВЗАИМОСВЯЗИ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ТЕПЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫ

В настоящей главе приведены результаты моделирования интенсивности собственного излучения СОА в СВЧ-диапазоне (на миллиметровых и сантиметровых волнах) и в ИК-диапазоне (в окне сравнительной прозрачности атмосферы 8-12 мкм) на различных уровнях зондирования (спутниковом, самолетном, корабельном) и исследования их взаимосвязи с вертикальными турбулентными потоками явного, скрытого и суммарного тепла на границе раздела океана и атмосферы. Особое внимание уделено поиску спектральных интервалов, обеспечивающих наиболее тесную связь характеристик излучения и тепловых потоков для различных временных масштабов (мезометеорологических, синоптических, сезонных, межгодовых). Выбор тех или иных моделей излучения СОА определяется в каждом конкретном случае характером и объемом доступных для интерпретации результатов дистанционных океанографических и метеорологических измерений.

1. Чувствительность поля СВЧ- и ИК-излучения СОА к мезометеорологическим колебаниям интенсивности тепловлагообмена между пограничными слоями океана и атмосферы [85]

1.1. Модель теплового взаимодействия пограничных слоев океана и атмосферы. Для исследования термической реакции пограничных слоев атмосферы и океана на внесение теплового возмущения на границе их раздела используется модель, основывающаяся на известных уравнениях турбулентной диффузии:

                  (1)

Здесь Т₁ и T₂— температура атмосферного и океанского пограничных слоев соответственно; q— удельная влажность воздуха в атмосферном пограничном слое; h₁и h₂ — толщина атмосферного и океанского пограничных слоев; ρ_aи ρ_п — плотность воздуха (атмосферного пограничного слоя) и поверхности воды; с_а и с_п — удельная теплоемкость воздуха и воды; и - турбулентные потоки тепла на верхней границе пограничного слоя атмосферы и нижней границе океанского пограничного слоя; e_o — поток влаги (скорость испарения/конденсации) на поверхности воды; е_а — поток влаги на верхней границе атмосферного пограничного слоя; L— удельная теплота парообразования; R— радиационный поток тепла на поверхности воды (все потоки считаются положительными, если они направлены вниз).

Схематическое изображение моделируемой системы (с учетом потоков собственного СВЧ- и ИК-излучения:) приведено на рис. 1.

Параметризация температурно-влажностного режима СОА основана на следующих допущениях: моделируемая система горизонтально однородна; пограничные слои атмосферы и океана полностью перемешаны, так что в пределах них T₁, T₂и qне зависят от высоты (глубины); толщина h₁и h₂этих слоев не меняется со временем; бюджет тепла атмосферного пограничного слоя определяется только потоками явного тепла ( и ); бюджет тепла в океанском пограничном слое определяется этими величинами, а также потоком скрытого тепла Le_o, возникающим в результате испарения (конденсации) на поверхности воды, и радиационным потоком R, полностью поглощающимся в пределах поверхности океана; бюджет влаги в прилегающем к водной поверхности атмосферном слое обуславливается испарением e_o с поверхности воды и обменом е_а с вышележащим слоем воздуха; фазовые преобразования воды в атмосфере не происходят; температурный режим пограничных атмосферных и океанских слоев не зависит от интенсивности потоков электромагнитного излучения в СОА. Для замыкания условий задачи необходимо выразить потоки  и e_a через искомые переменные T₁, T₂, qи внешние условия. Радиационный поток Rсчитается заданным и выполняет роль фактора термического возмущения, моделирование реакции на которое и составляет суть рассматриваемой задачи.

Используем для определения потоков следующие выражения:

                                     (2)

Первые два из них представляют собой формулы глобального аэродинамического метода, а последние три (включая подповерхностный поток ) основаны на предположении о том, что потоки , e₀ в первом приближении могут быть выражены по аналогии с  и e₀ с соответствующим подбором коэффициентов обмена c₃,c₄и с₅.В формулах (2.2) использованы следующие обозначения: Т_а — температура воздуха в приводном слое атмосферы; Т_п — температура воды приповерхностного слоя океана; q_a— удельная влажность воздуха непосредственно над пограничным слоем атмосферы; q₁— удельная влажность воздуха пограничного слоя атмосферы; q₀ - насыщающая удельная влажность при температуре воды T₂;V_a- cредняя скорость ветра; V_B — средняя скорость течения воды; с₁, с₂ , ..., с₅ — безразмерные коэффициенты обмена.

Решение совокупности уравнений (1) и соотношений (2) позволяет исследовать адаптацию пограничных слоев океана и атмосферы к внешним условиям, характеризующимся параметрами R, Т_а, Т_п, q_a, а также проанализировать эволюции собственного излучения СОА в СВЧ- и ИК-диапазонах.