Моделирование характеристик свч- и ик-излучения соа и анализ их взаимосвязи с характеристиками теплового взаимодействия океана и атмосферы, страница 2

1.2. Модель излучения СОА в СВЧ- и ИК-диапазонах. В рамках плоскослоистой модели теплового излучения (поглощения) СОА (см. рис. 2.1) был проведен анализ переноса электромагнитной энергии и получены оценки интенсивности тех компонент излучения, которые можно регистрировать с помощью спутниковых (А), самолетных (Б) и судовых (В) средств. В СВЧ-диапазоне эта задача выполнена впервые.

Спутниковые средства. Интенсивность собственного излучения СОА, наблюдаемого со спутника, складывается из интенсивности интегрального излучения свободной атмосферы и интенсивности ослабленного в свободной атмосфере потока восходящего излучения пограничного слоя атмосферы на его верхней границе:

                                            (3)

где I_а — интенсивность интегрального излучения свободной атмосферы;  - интенсивность потока восходящего излучения атмосферного пограничного слоя (АПС) на его верхней границе; ; G₁— интенсивность потока нисходящего излучения АПС на его нижней границе; I₁ — интенсивность интегрального излучения (поглощения) атмосферного пограничного слоя; I₂— интенсивность излучения водной поверхности; G_a — величина интегрального ослабления излучения в атмосферном пограничном слое; R₂₁ — коэффициент отражения потока нисходящего излучения от водной поверхности.

Считается, что диэлектрические параметры пограничного слоя и свободной атмосферы, несмотря на отличие в общем случае температурных и влажностных характеристик, согласованы между собой, т. е. отражение излучения на границе их раздела отсутствует либо пренебрежимо мало по сравнению с величиной R₂₁.

Самолетные средства. При наблюдении с самолета (на верхней границе АПС) интенсивность I_сам собственного излучения СОА определяется исключительно компонентой :

                                                      (4)

Судовые средства. При наблюдении c судна (нa нижней границе АПС) интенсивность I_суд излучения СОА вычисляется следующим образом:

                                           (5)

Характеристики интегрального излучения пограничной (I₁) и свободной (I_а) атмосферы, входящие в выражения (3)-(5), связаны с соответствующими значениями температуры (Т₁, Т_а) и интегрального поглощения (G₁, G_a) этих сред:

                            (6)

1.3. Численный анализ динамики тепловых и электромагнитных потоков и их взаимосвязи на мезометеорологических масштабах. Для типичных значений теплофизических констант воды и воздуха (плотности, теплоемкости, удельной теплоты испарения /конденсации/, коэффициентов тепловлагообмена), толщины атмосферных и океанских пограничных слоев, средней скорости ветра и течения нами были получены численные оценки временной эволюции потоков q_h и q_eна границе раздела океана и атмосферы, интегрального поглощения G₁, G_A, а также потоков излучения I_сам ,I_спут ,I_судв виде соответствующих значений яркостной (0,5  3 см) и ИК-радиационной (812 мкм) температур после выведения СОА из состояния теплового равновесия. Расчеты выполнялись в следующей последовательности:

а)  решение задачи (2.1) относительно параметров интерфейса СОА (T₁, q, T₂) при заданных значениях параметров Т_п, Т_а, q_aна внешних границах океанских и атмосферных пограничных слоев и радиационного притока тепла Rна поверхности воды;

б)  определение по вычисленным значениям T_n, q, T₂вертикальных турбулентных потоков q_h, q_eна границе раздела океана и атмосферы;

в)  определение с помощью выражений (2.3)-(2.6) по вычисленным значениям T₁, q_a, T₂и заданным значениям Т_а, qэлектромагнитных потоков I_спут, I_сам, I_суд;

г)  регрессионный анализ связи между эволюциями величин q_h, q_e, I_спут, I_сам, I_суд на различных участках спектра СВЧ- и ИК-диапазонов.

Интервал изменений параметров интерфейса (T₁, T₂, q_a), а также внешние условия, характеризуемые параметрами T_а, Т_п, q_aи R, соответствуют значениям, типичным для средних широт Северной Атлантики в весенне-летние сезоны.