автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.12, диссертация на тему:Оптико-микроволновые исследования поверхностног слоя океана

Р Г Б ОЙ

- 9" ОПТ 1335

Райзер Виктор Юрьевич

ОПТИКО-МИКРОВОЛНОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОКЕАНА

Специальность - 05.07.12 - дистанционные аэрокосмическне исследования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

На правах рукописи

Москва, 1995

Работа выполнена в Институте космических исследований Российской Академии Наук

доктор физико-математических наук, профессор С.С. Моисеев, Институт космических исследований РАН, г. Москва;

доктор физико-математических наук, профессор В.П. Яковлев, Государственная Академии нефти и газа, г. Москва;

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник А.И. Чавро,

Институт вычислительной математики РАН, г. Москва

Ведущая организация - Институт об1дей физики РАН, г.Москва

Зашита диссертации состойся " Д.. & 1995 г.

'Часов " минут на заседании Специализированного совета Д.002.94.03 в Институте космических исследований РАН по адресу: 117810, г.Москва, ул. Профсоюзная, 24/32, подъезд 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомшъед в библиотеке Инспггута космических исследований РАН.

Автореферат разослан "_

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук

Официальные оппоненты •

.1995 г.

/

^ ' М.Я. Натензон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Многие крупномасштабные процессы н явления, происходящие на границе раздела океана и атмосферы, не поддаются изучению с помощью традиционных контактных средств измерения. Сюда относятся: развитие штормового волнения, взаимодействие поверхностных и внутренних волн, изменчивость фронтальных зон и течении, формирование ледового покрова, распространение загрязнений, различные синоптические движения.

Современные методы дистанционного зондирования поззоляют вплотную подойти к проблеме глобального геофизического мониторинга, в том числе системы океан-атмосфера. Арсенал используемых в аэрокосмических исследованиях наблюдательных средств охватывает • широкий спектр излучений от ультрафиолетовых до радиоволн. Особое место отводится СВЧ- (микроволновому) диапазону. СВЧ-радиоволны обладают более высокой чувствительностью к изменению структуры природной среды и, вместе с тем, слабее поглощаются в атмосфере и в облаках.

По принципу действия радиометоды разделяются на два типа: активные и пассивные. Первые (радиолокационные) используют активное воздействие на исследуемую среду с тем, чтобы по характеристикам рассеянного сигнала получить информацию об ее состоянии. Вторые (радиометрические или раднотеплолокационные) основаны на приеме собственного теплового излучения самой среды, которое зависит от ее термодинамических и физических свойств.

Если панорамные радиолокационные методы дистанционного зондирования достаточно хорошо разработаны и доведены до практического использования при решении конкретных геофизических задач (например, данные спутников Космос-1500,

АЛМАЗ, ЕК^-!, НАБАНБАТ), то радиометрические средства внедряются довольно медленно и применяются п основном для восстановления параметров атмосферы л облачности, реже - для определения температуры поверхности океана и поля ветра, а также при зондировании ледового покрова (например, данные микроволнового сканера Б8М/1). Возможности СВЧ-радиометрии в исследованиях океана считаются ограниченными не только из-за низкой разрешающей способности микроволновой аппаратуры, но, что более важно, из-за крайне слабой изученности физических механизмов формирования теплового излучения в пограничных ,с атмосферой слоях океана при наличии разнообразных динамических процессов.

Научное направление, получившее впоследствии название радиогидрофизнка, потребовало применения новых комплексных подходов как для осуществления детальных и целенаправленных (лабораторных, натурных) эксперименто1>, так и для разработки теоретических основ микроволновой диагностики состояния поверхности океана.

При изучении глобальных, крупномасштабных и локальных процессов, связанных с нелинейными волновыми движениями, динамикой и обрушением поверхностных волн, использование только спектральных трассой их СВЧ-нзмерений оказывается недостаточным. Единственным способом панорамного обзора, который позволяет "документально" зафиксировать поверхностные явления и изучить их пространственно-статистические характеристики, до сих пор остается аэрокосмический метод оптической съемки. Поэтому совмещение микроволновых и оптических средств наблюдения представляется наиболее информативным способом изучения волновых процессов в океане, охватывающих масштабы от нескольких сантиметров до десятков и сотен метров.

До начала настоящих исследований имелось лишь общее представление о вариациях собственного излучения морской поверхности в СВЧ-диапазонс. Ранее были проанализированы возможности двухмасштабной модели рассеяния и выполнены теоретические оценки влияния шероховатости и мелкодисперсных неоднородностей на характеристики излучения водной поверхности. Известны также результаты радиометрических измерений радиационно-ветровых зависимостей на нескольких длинах волн излучения. Весомый вклад в развитие этих работ внесли сотрудники институтов Академии Наук: ИРЭ, ИФА, НИРФИ, ИОАН, ИПФ, ФИАН, ИКИ, а также ГГО, МГИ и ряда других ведомственных организаций.

Вместе с тем, отсутствовал общий подход к проблеме эффективности микроволновых измерений, который давал бы четкий ответ, какие явления и океане возможно наблюдать, а какие нет. Практически не исследованы были вопросы электродинамики поверхностного слоя океана в штормовых условиях при возникновении процессов перемешивания и ценообразования. Слабо изученными теоретически и экспериментально оставались закономерности распространения СВЧ-Нзлучения в неоднородном • двухфазном слое океана при наличии структурных видоизменении дисперсной среды. Влияние гидродинамических возмущений - волн . различного масштаба и крутизны - на спектр микроволнового излучения также не было до конца исследовано. Отсутствовали систематизированные экспериментальные данные о пространственно-статистических Характеристиках поля обрушений поверхностных волн - основного гидрофизического фактора, определяющего вариации микроволнового излучения океана при шторме. Кроме того, методология дистанционной индикации поверхностных возмущений в океане, методы обработки и анализа получаемой измерительной информации развиты не были.

Цель диссертационной работы

Целью работы являлось создание физических принципов дистанционной индикации состояния поверхности океана и динамических процессов в поверхностном слое с помощью микроволновых и оптических (панорамных) аэрокосмических средств. Для этого необходимо - было сформулировать и решить следующие основные научные задачи:

• изуч!ггь структуру поверхностного слоя океана как композиционг

ной электродинамически неоднородной среды; » исследовать экспериментально и теоретически основные механизмы и условия распространения радиоволн на. границе раздела океана и атмосферы при наличии фазовых переходов, геометрических и объемных неоднородностей; » провести тематический цикл натурных экспериментов по изучению оптико-микроволновых характеристик поверхности океана в различных гидрометеоусловиях при наличии естественных динамических процессов; ® разработать многопараметрическую радиофизическую модель, способную учесть совокупное "влияние основных поверхностных факторов на- спектральные и поляризационные характеристики собственного теплового излучения океана и объяснить наблюдаемые зависимости и ряд других смежных задач.

В результате этих исследовании, значительная часть которых изложена & диссертации,' сделан определенный' вклад в развитие нового научного направления, получившего название РАДИОГИДРОФИЗИКА. Большую часть выполненных в работе научных исследований можно выделить в самостоятельный раздел, относящийся к ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОКЕАНА.

Научная ноппзпа работы

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые детально исследованы механизмы и закономерности теплового СВЧ-излучения дисперсных сред, формирующихся на границе раздела океана и атмосферы. Показана высокая чувствительность спектра излучения к вариациям структуры и физических параметров дисперсного погранслоя.

2. Рассмотрено влияние поверхностных гидродинамических возмущений различного масштаба на излучение. При взаимодействии микроволнового излучения и взволнованной водной поверхности главными механизмами являются следующие:

• зеркальное отражение от ансамбля крупных линейных боли;

• отражение от ансамбля нелинейных волн конечной амплитуды;

• резонансной рассеяние на гравитационно-капиллярных волнах малой амплитуды;

» согласующее (просветляющее) воздействие мелкомасштабной шероховатости с предельными характеристиками.

3. Проведен уникальный цикл натурных оптико-микроволновых азронаблюдений волновых процессов в океане; показана возможность дистанционной индикации состояния поверхности океана в нестационарных и неоднородных гидрометеорологических условиях.

4. Разработаны радиофизические основы дистанционной индикации процессов формирования ледового покрова и' водонефтяных эмульсий. Изучены спектральные особенности излучения этих структур.

5. Впервые на .основе оптических данных и специальных методов цифровой обработки изображений выделен и изучен новый класс фрактальных геофизических объектов - полей обрушения поверх-

ностных волн и пенных образований в океане. Исследованы масштабы, пространственная структура и изменчивость этих полей в нестационарных условиях.

Практическая ценность работы •

Практическая ценность работы состоит в создании и обоснования методик дистанционной индикации состояния поверхности океана с помощью аэрокосмических комплексов микроволновой и оптической аппаратуры высокого пространственного разрешения. Физические принципы, изложенные в работе, а татжс накопленный опыт натурных оптико-микроволновых измерений открывают новые перспективы в изучении океана и атмосферы как единого геофизического объекта. Разработанные радиофизические модели могут быть непосредственно использованы для более корректного решения обратных задач восстановления динамических параметров системы океан-атмосфера в различных условиях, в том числе в , экстремальных и штормовых ситуациях. Оперативное получение такой информации необходимо для обеспечения глобального климатического мониторинга, изучения взаимодействий и массо-теплообмена в системе океан-атмосфера, прогнозирования опасных метеорологических, явлений, осуществления экологического контроля окружающей среды.

Результаты работы найдут практическое применение в задачах дистанционной. индикации впутриокеаиических процессов по их поверхностным проявлениям, которые отображаются и регистрируются в микроволновом и оптическом диапазонах.

Предложенные и реализованные в работе методы анализа и моделирования могут представить интерес в смежных областях дистанционного зондирования и геофизики, радиофизики и оптики. Сюда относятся, например, проблемы распространения электро-

магнитных волн в природных многофазных средгрс и сложных композиционных материалах, диагностика планетной и космической среды.

Диссертация выполнена в соответствии с научными планами ИКИ РАН (№ Гос. регистрации 01.86.0065781, тема "Радиогидрофизика"); материалы использовались во многих' научно-исследовательских отчетах.

Личный вклад автора

Автором сформулированы идеи, осуществлены постановка и решение задач по исследованию характеристик распространения радиоволн СВЧ-диапазона в поверхностном слое океана при воздействии различных геометрических и объемных неоднородностей; им проведен цикл оригинальных лабораторных радиофизических экспериментов. Автор принимал непосредственное участие в подготовке и- проведении всех оптико-микроволновых натурных экспериментов ИКИ периода 1931-1992 гг., а также а обработке измерительной информации. Им разработаны принципы цифрового анализа оптических изображений поверхности океана. Автором полностью выполнена теоретическая часть работы, проведены численные расчеты и количественная интерпретация экспериментальных данных. Практически все статьи и тезисы докладов написаны автором самостоятельно.

Степень достоверности

Степень достоверности результатов обосновывается

многократным использованием радиометрической и оптической

аппаратуры в лабораторных и натурных условиях; тщательным

отбором и анализом получаемой информации; высокой

повторяемостью данных измерений, а также хорошим соответствием

между экспериментальными и теоретическими зависимостями,

найденными в ходе исследований.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

• Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн: XIII (Горький, 1981), XIV (Ленинград, 1984), XV (Алма-Ата, 1987), (Харьков, 1990), XVII (Ульяновск, 1993);

• УШ Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн (Львов, 1981);

• II, III Всесоюзных Съездах океанологов (Ялта, 1982; Ленинград,

■ 1987);

• Всесоюзной конференции по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды (Рига, 1986);

• Всесоюзной конференции "Использование спутниковой информации в исследованиях океана и атмосферы" (Звенигород, 1989);

• 'III Всесоюзной школе-семинаре "Методы гидрофизических

исследований" (Светлогорск, 1989);

в Всесоюзных семинарах по спутниковой гидрофизике (Севастополь, 1987, 1988, 1989, 1990); в

■ • International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'1991, HelsinW, Finland; IGARSS'1992, Houston, USA);

• Pacific Ocean Remote Sensing Conference (PORSEC-1992, Okinawa, Japan; PORSEC-1994, Melbourne, Australia);

• Topical Symposium on Combined Optical-Microwave Earth and Atmosphere Sensing (COMEAS-1993, Albuquerque, USA; COMEAS-1995, Atlanta, USA);

• European Geophysical Society, General Assembly (EGS-1992, Edinburgh, UK, 1992);

• A Symposium on the Air-Sea Interface, Marseilles, France, 1993;

• а также на научных семинарах ИКИ, ИРЭ, ИФА, ИВМ, ИО РАН и ряда других организаций.

Публикации

Основные материалы диссертации опубликованы в монографии

[1], научных статьях и сборниках [2 - 44].

Структура и объем работы

Диссертацйя состоит из введения, пяти глав и заключения.

Содержит 35 9 страниц машинописного текста, 118] рисунков,

14 таблиц и список литературы из 193 наименований.

Сепоппые ясложсппя, выиоснмме йа защиту

1. Разработка физических принципов дистанционной индикации состояния поверхности океана с помощью аэрохосмических средств микроволнового (СВЧ) if оптического (видимого) диапазонов. Применение комплексных оптико-микроволновых методов для изучения крупномасштабных динамических явлений в океане, связанных с нелинейным взаимодействием и обрушением поверхностных волн.

2. Разработка физических основ электродинамики неоднородного (перемешанного) поверхностного слоя океана. Установление зависимостей между характеристиками теплового радиоизлучения и параметрами дисперсного погранслоя. Выяснение механизмов влияния различных гидродинамических факторов, а также

геометрических и объемных неоднородностей на распространение СВЧ-радноволн. Создание композиционной многопараметрической радиофизической модели системы океан-атмосфера. 3. Выделение на основе оптической информации нового класса фрактальных геофизических объектов - полей обрушения поверхностных волн и связанных с ними пенных структур. Установление масштабов изменчивости этих полей в реальных условиях. Выдвижение идеи об использовании фрактальной размерности в качестве меры состояния поверхности океана при аэрокосмических исследованиях.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, отмечена научная новизна и практическая ценность.

В первой главе дается обзор сведений по поверхностным явлениям в океане, приводится подробная классификация гидродинамических возмущений и двухфазных структур, обсуждаются механизмы обрушения поверхностных волн и формирования пенно-брызговых и аэрированных сред. Кратко изложены положения теории распространения электромагнитных волн в случайно-неоднородных средах, которые могут использоваться при описании характеристик излучения океана.

В разделе 1.1 проанализированы основные гидрофизические факторы, определяющие состояние поверхности океана. По структурным признакам выделяются два типа неоднородностей: геометрический и объемный.

К первому относятся поверхностные волны, формирующие неровности различного масштаба. При лом нроетр.шажчтии сиекц»

волнения разбивается на несколько областей, где реализуются соответствующие радиофизические приближения для анализа эффектов рассеяния и излучения. Таких областей пять:

1. Область энергонесущих (линейных) гравитационных волн, где применимы методы геометрической оптики и гауссовы статистики возвышений и уклонов поверхности.

2. Область коротких гравитационных волн, где необходимо учитывать нелинейность и крутизну возмущений при . статистическом описании.

3. Область гравитационно-капиллярных волн, амгоиггуды которых, сравнимы с длиной волны излучения. Здесь должны бьггь . . использованы численные дифракционные методы анализа.

4. Область капиллярных волн малой амплитуды, где существуют механизмы квазирезонансного рассеяния и излучения.

5. Область мелкомасштабной случайной шероховатости, где могут применяться газазистатическис или феноменологические модели.

На основе обобщения целого ряда полуэмпирических аппроксимаций различных спектральных интервалов построена единая численная модель спектра волнения, описывающая его динамику в широкой полосе пространственных частот при изменении скорости трения (ветра). Это позволило более осмысленно подойти к проблеме выбора , и стыковки применяемых радиофизических приближений и моделей при оценке эффектов СВЧ-излучення взволнованной поверхности океана".

Второй фактор - объемный,' включает иерархию двухфазных _ дисперсных сред, формирующихся па поверхности океана в результате обрушений ветровых волн. Дана детальная классификация этих структур, рассмотрены их физические свойства и особенности дисперсного состава. Эти сведения в значительной мере заимствованы из литературных источников, а также основаны на наблюдениях автора. Предложенная структурная классификация; двухфазных океани-

ческих сред (пена, брызги, аэрозоль, подповерхностные слои аэрации, популяции пузырьков) позволяет существенно пополнить представления о радиофизических свойствах дисперсного погранслоя. В частности, показаны различия в концентрациях и распределениях частиц по размерам в пенно-брызговой среде.

В результате анализа подготовлен оптимальный набор физических параметров, необходимый для создания адекватных микроволновых моделей поверхностного слоя океана.

В разделе 1.2 рассмотрены основные положения теории распространения электромагнитных волн в случайно-неоднородных средах, включая шероховатые поверхности. Обосновываются условия применимости волновых и макроскопических приближений. Предлагается общий подход для описания радиофизических свойств сплошной неоднородной среды со сложными (произвольными) законами распределения комплексной диэлектрической проницаемости по глубине. Методика основана на вычислении характеристик отражения и излучения дискретной многослойной системы, моделирующей вертикальную стратификацию непрерывной диэлектрической среды.

В разделе 1.3 предложен более совершенный аналитический аппарат для расчета характеристик излучения взволнованной поверхности океана. Исходной является модифицированная двухмасштабная модель. Огличительной ее чертой является то, что в ней учитываются одновременно вклады как резонансного, так и среднестатистического характера при излучении случайной поверхности. Выведены формулы для расчета среднего значения яркостного контраста взволнованной водной поверхности в зависимости от параметров спектра возмущений, статистик уклонов поверхности, геометрий наблюдения и поляризации излучения.

Выполненный в главе 1 аналитический обзор позволяет более корректно подойти к вопросам интерпретации данных дистанционного зондирования.

Во второй главе изложены физические основы микроволновой диагностики океана. Этот материал составлен по результатам детальных экспериментальных и теоретических исследований характеристик СВЧ-излучения водной поверхности при наличии различных гидрофизических факторов и возмущений. Главное внимание уделяется зависимостям излучения от параметров границы раздела океан-атмосфера.

В раздело 2.1 перечислен механизмы, которые рассматриваются при описании характеристик рассеяния и излучения поверхностного слоя океана.

В случае геометртеских неоднородностей -г это: « зеркальное отражение от слабошероховатой ква'зизеркалыюй поверхности;

. • диффузное иекогерентное рассеяние на неровностях различного масштаба;

• когерентное рассеяние на коррелирующих неровностях;

• эффекты многократного переотражения и затенений.

При наличии объемных неоднородностей'и двухфазных структур главными механизмами являются: рассеяние, поглощение п ослаб- . ление излучения на индивидуальных частицах и полидисперсных системах частиц. Важным и слабо изученным остается вопрос, связанный с плотной упаковкой частиц, их кинетикой и устойчивостью, пространственным перераспределением в пограничных слоях. Поэтому нами рассматриваются только случаи "замороженного" состояния дисперсных структур различного тала и состава.

В этом же разделе приводятся расчетные данные . по диэлектрическим характеристикам пресной и соленой воды и численные оценки глубины скин-слоя воды в СВЧ-диапазоне. Отмечено, что в случае соленой морской воды более точной для описания се диэлектрических свойств в длинноволновой области СВЧ-диапазона

является релаксационная модель Коула-Коула, а не широко используемая модель Дебая.

В разделе 2.2 исследуются характеристики излучения водной поверхности при наличии распространенных типов гидродинамических возмущений. Последовательно рассмотрено влияние крупных гравитационных волн, гравитационно-капиллярных и капиллярных волн, а также нового типа мелкомасштабной шероховатости, обусловленного полем выбросов (турбулентными возмущениями).

Большой цикл радиогидрофизических экспериментов был проведен в открытом опытном бассейне с использованием высокочувстви1 . тельных джозефсоновских. радиометров диапазонов 0,8 и 1,5 см. Впервые обнаружена зависимость яркостного контраста от параметров нелинейности и крутизны коротких гравитационных волн конечной амплитуды. Искажение линейного профиля волны при изменении ее амплитуды (0,6-3 см) и длины (8-40 см) контролировалось с помощью волнографического контактного датчика и макрофотосъемки. Для количественной интерпретации наблюдаемых зависимостей предложена радиофизическая модель, основанная на учете негауссовых статистик уклонов возмущенной поверхности в рамках приблюкения геометрической оптики. Ансамбль нелинейных гравитационных волн моделируется многомодовым случайным процессом с некоррелированными или коррелированными фазами. Расчёты яркостных .контрастов показали удовлетворительное соответствие с экспериментальными данными вплоть до значений крутизны поверхностных волн порядка 0,5. При этом приращения яркостной температуры за счет возмущений поверхности в обоих диапазонах измерений не превы-. шали ДУЛ =» 8 - 10 К.

Влияние гравитационно-капиллярных волн исследовано численно на основе резонансной теории рассеяния и излучения периодически неровной поверхности. Здесь использованы положения,

развитые ранее в работах В. С. Эткина и Ю. Д. Кравцова с сотрудниками. В рамках метода малых возмущений проанализированы форма и интенсивность максимумов в тепловом излучении синусоидальной водной поверхности в диапазонах длин волн от 0,8 до 18 см. Сделано обобщение теории на случай статистически неровной поверхности с заданным пространственным спектром мелкомасштабных возмущений. Выполнен модельный расчет яркостной температуры на нескольких длинах воли и показана чувствительность излучения к вариациям параметров спектра поверхностных возмущений. Эти результаты используются в дальнейшем при анализе натурных радиометрических данных и являются основой для решения обратных задач восстановления параметров гидродинамических возмущений соответствующего масштаба.

Другой тип возмущений - шероховатость в виде крутых и частых неровностей, размеры которых много меньше длины радиоволны, -исследован в лабораторных условиях и теоретически. Идея заключалась в представлении мелкомасштабной шероховатости (детерминированной или случайной) в виде переходного слоя с эффективными диэлектрическими параметрами. Распределение этих параметров зависит от геометрии и статистики неровностей.

Первые лабораторные эксперименты проведены с использованием радиометра на волне 18 см и калибровочных пенопластовых листов. Листы имели профили различной конфигурации и вдавливались в лоток, заполненный водой, так, чтобы создавался "замороженный" рельеф поверхности. Результаты измерений показали, что интенсивность излучения зависит от геометрии неровностей. Этот эффект был обнаружен и изучен для ряда конфигураций поверхности. Простейшие модели типа двухфазного (вода-воздух) переходного слоя дали удовлетворительное согласие с

экспериментом по зависимостям излучения от амплитуды неровностей.

В дальнейшем была разработана общая квазистатическая (феноменологическая) модель для радиофизического описания анизотропной шероховатой поверхности со степенными спектрами мелкомасштабных возмущений. Эта модель основана на положениях теории выбросов случайного поля за фиксированный уровень и не накладывает каких-либо ограничений на крутизну и конфигурацию неровностей. Проведены детальные численные расчеты излучения такой поверхности в длинноволновой области СВЧ-диапазона и показана высокая чувствительность яркостной температуры к . параметрам спектра возмущений. В результате этих исследований показано, что при тепловом излучейии мелкомасштабной поверхности существуют другие, широкополосные, механизмы "просветляющего" воздействия, обусловленные, например, неустойчивыми турбулентными пульсациями или генерацией крутой ряби.

Раздел 2.3 посвящен исследованиям радиофизических свойств двухфазных дисперсных систем. Дан краткий' обзор существующих сведений по этому вопросу. Последовательно проанализированы наиболее распространенные типы структур: пенные образования, хапельно-брызговые среды, популяции пузырьков, подповерхностные . слои аэрации. '

Детальные радиофизические исследования, * выполненные автором в конце 1970-х годов, показали, что спектральные и поляризационные характеристики излучения пенных образований зависят от их дисперсной структуры. Основную роль играют эффекты аномально высокого поглощения СВЧ-радиоволн на пузырьках пены, и это обуславливает ее высокую излучательную способность. Так, яркостные контрасты за счет монослоя пузырьков, плотно упакованных на поверхности воды, достигают сотен градусов Кельвина в миллиметровом и сантиметровом диапазонах. Результаты

лабораторных и натурных измерений в диапазоне 0,2-18 см хорошо объясняются в рамках обобщенной квазистатической модели, в которой эффективные диэлектрические параметры зависят от геометрии и состава полидисперсного слоя пузырьков. Анализируются также болег простые радиофизические модели пенных структур (мелкодисперсные смеси, многослойные системы, переходные слои и т.п.).

Другим важным радиофизическим фактором являются брызги, которые формируются над пенными структурами и занимают большие пространства. Основными механизмами здесь являются рассеяние и поглощение в капельно-брызговой среде.

Детально изучены дифракционные характеристики капель в широком спектральном интервале СВЧ, а также радиационные свойства полидисперсного слоя капель, расположенного над водной поверхностью. Найдены интервалы параметров, при которых область рассеяния Ми переходит в рэлеевскую. При использовании одного из вариантов аналитического решения скалярного уравнения переноса излучения в дискретной рассеивающей среде получены зависимости теплового излучения от параметров брызг. В частности, установлены диапазоны вариаций спектра излучения при изменении толщины и состава слоя брызг. Обнаружено, что эффекты излучения, связанные с влиянием брызг, могут приводить как к положительным, так и отрицательным яркостным контрастам в зависимости от свойств подстилающей среды. Этот эффект наблюдался в натурных экспериментах при изучении процесса обрушения корабельной волны с помощью радиометра-скаттерометра в диапазоне 0,8 см.

Теоретически рассмотрено влияние еще одного фактора - подповерхностного аэрированного слоя пузырьков. Рассчитаны эффективные диэлектрические параметры и спектры излучения аэрированной среды на основе моделей гетерогенных смесей. Показано, что вариации излучения при изменении концентрации смеси вода-воздух

наблюдаются главным образом в длинноволновом сантиметровом и дециметровом диапазонах. Это связано с резким . изменением параметров скин-слоя за счет его двухфазности.

В разделе 2.4 анализируются различные микроволновые модели дисперсного погранслоя с учетом его структурной иерархии в океане. Рассмотрены как простые, так и сложные варианты, условно обозначенные, например, как "пена + брызги", "вода + пена + брызги" или "аэрированный слой + пена + брызги", В результате численного моделирования выяснены принципиальные особенности излучения многоструктурных дисперсных систем, оценены возможные диапазоны вариаций яркостной температуры при изменений параметров модели, даны рекомендации по использованию СВЧ-каналов для изучения динамики обрушения волн и фазовых переходов.

В разделе 2.5 описаны лабораторные эксперименты по исследованию другого "промежуточного" типа возмущений, включающего как геометрические, трк и объемные неоднородности. Эти возмущения встречаются в природе довольно часто и связаны с падением капель дождя или брызг на поверхность воды. Возмущения представляют собой системы расходящихся концентрических волн, каверн и мелкодисперсных капельных струек. С помощью высокочувствительных джозефсоновских радиометров

миллиметрового диапазона измерены зависимости яркостного контраста от интенсивности потока капель, падающего на гладкую водную поверхность. Геометрия возмущений контролировалась и анализировалась с помощью макрофотосъемки и последующей цифровой обработки оптических изображений (см. главу 4). Найдено, 1гго зависимость яркостного контраста от интенсивности потока капель почти линейная с градиентами 0,19-0,33 К/(мм/ч).

В разделе 2.6 предложена многопараметрическая радиофизическая модель неоднородного поверхностного слоя океана. На ее

основе в рамках теории переноса излучения рассчитаны ветровые зависимости яркостной температуры ТЯ(У), где • V - скорость приповерхностного ветра, в системе океан-атмосфера при вариациях водозапаса облачности и интенсивности осадков. Модель учитывает совокупное влияние всевозмржных гидрофизических факторов, вклады от которых в общее излучение считаются статистически независимыми. Показано, что градиент АТЯ / ДК в миллиметровом и сантиметровом диапазонах длин волн существенно зависит как от состояния поверхности океана, так и от состояния атмосферы и облачности. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных в различных спектральных диапазонах СВЧ. Кроме того,, разработанная модель позволяет повысить точность определения параметров облачной атмосферы и интенсивности осадков над океаном по микроволновым данным примерно на 30-40%.

Третья глава посвящена натурным микроволновым аэронаблюдениям поверхности океана при различных, состояниях. Эти эксперименты проводились с помощью самолетных комплексов радиометрической аппаратуры и охватьгаиш ряд тематических задач по зондированию крупномасштабных контрастных явлений; ветрового волнения, ледовых полей, нефтяных загрязнений.

В разделе 3.1 кратко описаны методика и аппаратура, сформулированы основные научные зада и, перечислены процедуры математической обработки радиометрических данных.

В разделе 3.2 представлены результаты ряда экспериментов по изучению динамики волнения. Наиболее показательными оказались измерения в длинноволновом диапазоне, поскольку влияние атмосферы и облачности здесь незначительно. Исследовались вариации излучения океана на длинных трассах при изменении балльности ветрового волнения. Статистическая обработка радиометрических данных иошшнла обнаружит!, изменение коэффициента межканалыюн рс^кч-еин яркостной температуры при изменении

состояния поверхности моря (СПМ). Например, коэффициент регрессии по каналам 8 и 18 см, равный р = АТЯ6/&Тш,

уменьшается в пределах от 2,3 до 1,2 при увеличении СПМ от 1-2 до 5-6 баллов.

Выполнена количественная интерпретация обработанных радиометрических данных на основе двух моделей: резонансной и феноменологической (квазистатической). При этом предварительно были установлены области стыковки моделей на примере излучения синусоидальной поверхности. В качестве входного параметра в обоих моделях использовался един и тот же вид пространственного спектра гравитационно-капиллярных волн, параметризованный по основным динамическим характеристикам приводного слоя атмосферы (скорости ветра).

Главным результатом натурных исследований явилось установление степени корреляции многоканальных измерений при изменении СПМ. В частности, найдены зависимости характеристик СВЧ-излучения от статистических параметров поля возмущений. Сделан вывод о конкурирующем влиянии резонансного и широкополосного (согласующего) механизмов на длинноволновое излучение океана в зависимости от СПМ и степени развитости спектра мелкомасштабных компонент волнения.

Раздел 3.3 посвящен вопросам дистанционной индикации нефтяных пленок в ¡океане с помощью радиолокационных и радиометрических многоканальных средств. Описан один из радиолокационных экспериментов по растеканию небольшого нефтяного пятна в условиях слабого и сильного волнения. Показана изменчивость радиолокационного контраста в зависимости от времени его растекания и конфигурации. Структура нефтяного пятна (слика) четко фиксируется на радиолокационных изображениях, причем контрастность определяется динамическимим условиями приводного слоя.

В этом же разделе изучены физические принципы обнаружения нефтяных пленок с помощью пассивных многоканальных радиометрических средств. Основным механизмом здесь является согласующее воздействие пленки на тепловое излучение за счет существенной разницы в диэлектрических характеристиках нефтепродуктов и морской воды в СВЧ-диапазоне. Впервые при электродинамическом моделировании учтены эффекты эмульгирования нефти в воде и связанные с ними изменения диэлектрических свойств двухфазной среды. На основе моделей гетерогенных смесей вып лнены детальные расчеты излучательных характеристик системы вода-пленка при различных концентрациях водонефтяной эмульсии. ' Введение дополнительного структурного параметра, определяющего фазовый состав пленки,- позволило повысить надежность измерения ее толщины с помощью многоканального зондирования в диапазоне 0,8-2 см. Сделан вывод о возможности определения объема разлитых в океане- нефтепродуктов по данным совмещенного шсгивно-пассивного наблюдения.

В разделе 3.4 приводятся результаты радиофизических исследований молодых льдов, формирующихся в арктическом бассейне. В диапазоне 0,3 - 18 см измерялись высококонтрастные вариации теплового излучения ледового покрова при изменении структуры и типа льда. Диапазон наблюдаемых вариации яркостной температуры составил Тя = 120 - 250 К. В результате обнаружены изменения в спектрах яркостной температуры, обусловленные динамикой нарастания льда в открытом море. Для интерпретации полученных экспериментальных данных использовалась электродинамическая модель системы вода-лед, учитыююшан особенности фазового состава молодых форм льда, содержащих .кристаллические, жидкие и газовые включения. Кроме того, рассматривалась стратификация эффективной- диэлектрической проницаемости и зависимости от профилей температуры, солености и плот ноет

(пористости) в слое льда различного типа. Методом численного моделирования спектральных характеристик излучения и путем сопоставления результатов с данными радиометрических измерений получены оценки изменчивости физических параметров льда при его нарастании в открытом море. Показана возможность решения обратной задачи при многопараметрическом описании исследуемой системы.

В четвертой главе рассмотрены особенности оптической съемки поверхности океана с целыо изучения крупномасштабных динамических явлений. Предложены необходимые для этого комплексные алгоритмы цифровой обработки изображений.

В разделе 4.1 описаны механизмы формирования оптических изображений поверхности океана, определены составляющие оптической передаточной функции атмосферы. Отмечено, что существуют определенные ограничения по разрешающей способности оптических изображений штормовой поверхности океана, связанные с искажающим влиянием турбулентности атмосферы и объемных неоднородностей приводного слоя. Дана сводка основных характеристик используемой аэрофотосъемочной аппаратуры.

Раздел 4.2 посвящен методам и средствам цифровой обработки оптических изображений поверхности океана. Дана общая характеристика применяемых математических процедур и алгоритмов. Сформулированы требования к алгоритмам анализа изображений типа объекты/фон, к которым относятся оптические снимки штормовой поверхности океана, когда четко фиксируются зоны обрушения ветровых волн и пенообразования. Для количественного описания таких многокомпозиционных изображений предлагается использовать следующие количественные меры:

• плотность объектов на изображении;

• статистики расстояний и степень их перекрытия;

• статистики геометрических параметров и ориентации объектов;

• статистики безразмерных параметров формы объектов.

Эти и другие характеристики вычисляются с помощью специализированных алгоритмов, предназначенных для использования на диалоговых видеоинформационных комплексах. Такими комплексами долгое время являлись самостоятельный видеотерминал "СВИТ" и его бортовой вариант "МикроСВИТ', разработанные в ИКИ РАН.

В разделе 4.3 кратко описаны процедуры двумерного спектрального анализа изображений, основанные на алгоритмах быстрого преобразования Фурье (БПФ). Поскольку задача восстановления истинного размерного спектра волнения по спектру оптического изображения не имеет однозначного решения, главной целью спектральной обработки являлось выделение энергонесущих компонент волнения и изучение их пространственного распределения. Применение БПФ позволяло обрабатывать большие массивы изображений и одновременно изучать возможные схемы межволновых взаимодействий. по расположению волновых векторов и их абсолютным значениям. Для более детального анализа использовались различные способы масштабирования и контрастирования, изображений (фрагментов), а также низкочастотная! фильтрация спектров.

В разделе 4.4 описаны специально разрабатодаые алгоритмы, метрического анализа оптических изображений типа объекты/фон. Они применялись для изучения прострадстяешю^статистической структуры полей обрушения поверхностных воли и пенных образований. Поскольку простым квантованием) по; яркости выделить пенные структуры на оптических изображениях, практически не удавалось из-за нерезкости границ № текстурных особенностей исследуемых объектов, был предложен- и. последовательно реализован следующий комплекс алгоритмов: к выравнивание фона;

• выделение перепалов яркости на границе объектов;

• оконтуривание интересующих объектов;

• квантование контуров по заданным уровням яркости;

• бинаризация по принципу объекты/фон;

• идентификация областей связности и вычисление их геометрических параметров;

• фильтрация по наборам геометрических параметров;

• вычисление гистограмм и функций распределений.

В результате обработки вычислялось общее число объектов на изображении ТУи для каждого объекта:

• А- площадь;

• Р - периметр;

• Ьх, Ьу - длины сторон описывающего многоугольника;

• безразмерные метрики формы А / (Ь^ • Ьу) и Рг / А;

некоторые другие комбинации.

Далее строились выборочные распределения указанных геометрических параметров. Описанный алгоритм применялся для анализа как больших тематических серий оптических изображений,' так и отдельных интересных снимков штормовой поверхности океана.

В пятой главе приводятся результаты натурных исследований крупномасштабных динамических процессов в океане с помощью методов панорамной оптической съемки и алгоритмов цифровой обработки изображений. Основное внимание уделяется изучению пространственных характеристик волнения, полей обрушения ветровых волн и пенообразований.

В разделе 5.1 исследованы эволюция спектра энергонесущих волн и нелинейные взаимодействия в нестационарных условиях. Рассмотрен пример спектральной обработки радиолокационных и оптических изображений для случая ветрового разгона на длинных трассах порядка 300 - 500 км. Обнаружена заметная трансформация низкочастотной области фурье-спсктра оптических изображений,

которая сопровождается перестройкой волновых векторов по схеме, отвечающей четырехволновому взаимодействию. Детально изучена групповая структура и волновая динамика пакетов. Описан возможный механизм формирования пространственного спектра волнения в низкочастотной чбласти при ветровом рпгоне. По результатам совместной спектральной • обработки серии радиолокационных и оптических снимков воспроизведена картина поперечных длинноволновых модуляций, пакетов энергонесущих волн и порождений трехмерных волновых систем.

В разделе 5.2 исследованы масштабы и пространственно-статистические характеристшсн полей обрушений и ценообразований. Под полем обрушений понимается вся система дисперсных неоднородных структур, которые отображаются на оптических снимках поверхности океана. Приводятся данные наиболее показательных натурных экспериментов и результаты их совместной цифровой обработки с помощью описанных спектральных и метрических алгоритмов. Показано, в частности, что при ветровом разгоне перестройка фурье-спектра в области энергонесущего волнения сопровождается возникновением модовой структуры и одновременно tro расширением. В области неустойчивости это связано как с нелинейными взаимодействиями, так и с перераспределением волновой энергии за счет процессов обрушения и диссипации. При этом потери на диссипацию могут достигать нескольких десятков процентов.

С другой стороны, оптические данные использовались для анализа характеристик поля обрушений. Получены статистические распределения площадей, размеров и параметров формы пенных образований в различных штормовых ситуациях. Показана четкая зависимость указанных статистик от СПМ. Устойчивость различных статистик к изменению гидрометеоусловий оказывается не одинаковом. Так, например, наиболее устойчивыми к изменеию СПМ

являются статистики вида Р{А / Ьх • Ьг), характеризующие изрезаииость границ пенных структур. Статистики вида F(Л) и Г(Р2 / А),. описывающие распределения площадей и форм этих объектов, обладают более высокой чувствительностью к СПМ.

В разделе 5.3 на основе обобщения ряда результатов обработки оптических изображений исследована корреляция между процессами волнообразования и обрушения. Это сделано с помощью зависимости общего процента пенопокрытия характеризующего интенсивность поля обрушений, от интегрального параметра, характеризующего форму пространственного спектра. В качестве ' последнего используется величина относительной ширины фурье-спектра (доброта о дть) £> = К / ДК, где К - частота спектрального максимума и АК - ширина спектра по значимому уровню мощности. Эмпирическая зависимость ЩО), построенная при обобщении ряда оптических данных, оказывается нелинейной, почти квадратичной. Указанная функция - универсальная характеристика качества динамической системы, каковой является ветровое волнение. Функции типа ЩО) можно использовать при оценках энергетическогб баланса между процессами взаимодействия и обрушений (диссипации) поверхностных волн.

В разделе -5.4 исследуются фрактальные свойства полей обрушений и дисперсных структур различного типа. Понятия фрактальной размерности и скайлинга нашли широкое применение в теории турбулентности и динамических систем. Как показал Мандельброт, фрактальные объекты обладают определенными свойствами однородности и самоподобия, что присуще многим геофизическим полям. Изображения штормовой поверхности океана, полученные в оптическом диапазоне спектра, вполне отражают динамические и фрактальные свойства полей обрушения и ценообразований.

При цифровом анализе видеоинформации использовались серии мелкомасштабных (1 : 40000) и крупномасштабных (1 : 3000) оптичсс-

ких снимков, на которых' фиксировались либо общая картина оорушений поверхностных ветровых волн, либо отдельные пенные структуры. Обработка изображений проводилась двумя способами: с помощью "box counting" метода в первом случае и корреляционных диаграмм "площадь-периметр" во втором случае. В результате вычислялись две величины:

9 фрактальная размерность многокомпонентного изображения (размерность Хаусдорфа) d^ = lin^ log //(г)" / log(I / г), (N - минимальное число квадратов размера г, покрывающих множество объектов);'

• фрактальная размерность контуров отдельных объектов (!•;,

найденная из соотношения между периметром и площадью р - .

В результате обработки большого массива оптических данных получены оценю! фрактальной размерности поля обрушений при трех условных градациях СПМ: 3-4, 4-5 и 5-6 баллов. Эти значения равны: dtf = 1,05; 1,15 и 1,28. Кроме того, исследована фрактальная геометрия отдельных структур: "барашков" и "пятен пены". При этом фрактальная размерность менялась в пределах d$= 1,23 - 1,60. Сделан вывод о том, что фрактальная размерность, найденная по оптическим изображениям в видимой области спектра, может служить более надежным и достоверным количественным критерием состояния поверхности при глобальном наблюдении за динамикой океана.

В заключении сформулированы основные результаты работы: 1. Впервые детально исследованы и установлены механизмы распространения радиоволн п поверхностном слое океана, содержащего иерархию геометрических к объемных неолнородностей, а также в дисперсных структурах раынчнои» типа

2. На основе единого макроскопического подхода в рамках моделей слоисто-неоднородной среды с распределенными параметрами исследованы. характеристики теплового излучения океанических дисперсных систем в широком спектральном диапазоне СВЧ;

3. Рассмотрена феноменологическая модель статистически неровной поверхности, которая учитывает вклад в излучение случайных мелкомасштабных возмущений, отвечающих предельным спектрам шероховатости в океане. Показано, что возмущения этою типа оказывают "просветляющее" или согласующее воздействие на характеристики СВЧ-излучения океана в широкой полосе пространственных частот. Найдены условия применимости и интервалы стыковки феноменологической и резонансной моделей.

4. Впервые в опытном бассейне с помощью высокочувствительной радиометрической аппаратуры детально исследовано влияние поверхностных гравитационных волн конечной амплитуды на характеристики излучения водной поверхности. Экспериментально установлены зависимости яркостного контраста от параметров нелинейности и крутизны поверхностных волн. Рассмотрена многомодовая модель неровной поверхности, которая в рамках приближения геометрической оптики учитывает пклад в излучение негауссовых статистик уклонов ансамбля нелинейных гравитационных волн на воде.

5. Впервые в лабораторных контролируемых условиях зарегистрированы эффекты излучения в миллиметровом диапазоне, связанные с взаимодействием капель дождя и водной поверхности. При детальном исследовании параметров возмущений установлена линейная зависимость яркостного контраста от интенсивности дождя.

6. Проведен цикл уникальных самолетных оптико-микроволновьн наблюдений волновых процессов в океане и показана возможност» дистанционного определения состояния поверхности океана I

нестационарных и 1геоднородных гидрометеорологических условиях.

7. Проведены многоканальные радиометрические аэронаблюдения процессов нарастания морского льда в арктическом бассейне. Разработана радиофизическая модель, учитыс. ;ощая основные особенности структуры молодых льдов - трехфазный состав и вертикальные распределения температуры, солености и плотности (пористости). Показано соответствие результатов численного моделирования и радиометрических измерении, а также возможность восстановления физических параметров различных типов льда по вариациям спектра микроволнового излучения.'

8. Разработаны радиофизические основы дистанционной индикации нефтяных загрязнений на поверхности океана. Впервые рассмотрены эффекты образования эмульсий типа вода-нефть и показана чувствительность спектра излучения к фазовому составу и толщине нефтяных пленок.

9. Предложен и создан универсальный комплекс цифровых алгоритмов для обработки видеоизображений типа объекты/фон. Он позволяет определить геометрические и статистические характеристики контрастных физических объектов, присутствующих на изображении.

10. На основе цифрового анализа серий оптических изображений исследована динамика полей обрушения поверхностных волн и пенных образований. Определены основные геометрические и пространственно-статистические признаки этих полей. Показана их сильная изменчивость в нестационарных условиях.

11. Впервые выделен и изучен новый класс фрактальных геофизических объектов - пенных структур, отображающихся на оптических снимках поверхности океана. Сделан вывод об использовании фрактальной размерности В качестве меры

состояния поверхности океана и эквивалента визуальной шкалы состояний Бофорта при дистанционных наблюдениях океана.

Основные публикации по теме диссертации

1. Райзер В.Ю., Черный И.В. Микроволновая диагностика поверхностного слоя океана. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат. 1994. 231С.

2. Райзер В.Ю., Шарков Е.А. К вопросу об электродинамическом описании плотно упакованных дисперсных систем // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1981. Т.24. №7. С.809-818.

3. Райзер В.Ю.- Шарков Е.А. Дифракционная модель пенных структур // XIII Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Горький. 1981, Тезисы докладов. Т.2. С.248-251.

4. Райзер В.Ю., Шарков Е.А. Электродинамические характерисписн неоднородных высококонцентрированных сред // VIII Всесоюзный симпозиум по дифракции и распространешио волн. Львов. 1981. Тезисы докладов. Т.З. С.332-334.

5. Ворсин H.H., Глотов A.A., Мировскнй В.Г., Райзер В.Ю., Троицкий И.А., Шарков Е.А., Эткин B.C. Натурные раднотепловыс измерения пенных образований // Исследование Земли из Космоса. 1982. №3. С.98-102.

6. Гершснзон В.Е., Райзер В.Ю., Эткин B.C. Влияние мелкомасштабных неровностей на распространение волн через границу раздела двух сред // Доклады АН СССР. 1982. Т.263. №4. С.859-861.

7. Гершензон В.Е., Райзер В.Ю., Эткин B.C. Метод переходного слоя в задаче о тепловом излучении шероховатой поверхности // Изо ВУЗов. Радиофизика. 1982. Т.25. №11. С.1279-1234.

8. Гершензон В.Е., Райзер В.Ю., Новак Б.Л., Эткин B.C. Тепловое излучение статистически неровной поверхности. Квазистатическос

приближение // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1983. Т.26. №5. С.587-592.

9. Райзер В.10., Филонович С.Р. Излучательные характеристики гармонически неровной поверхности в кирхгоховском приближении // Изв. ВУЗов. Радиофизика". 1984. Т.27. №7. С.940-942.

10. Иванов Г.Н., Ильин В.А., Наумов A.A., Райзер В.Ю., Румянцев Е.В., Филонович С.Р., Эткин B.C. Радиогидрофизические исследования поверхностных гравитационно-капиллярных волн // XIV Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Ленинград. 1984. Тезисы докладов. Часть 2. С. 178-179. .

11. Ильин В.А., Наумов A.A., Райзер В.Ю., Филонович С.Р., Эткин B.C. Влияние коротких гравитационных волн на тепловое излучение водной поверхности // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1985. Т.21. № 1. С.83-89.

12. Райзер В.Ю., Зайцева И.Г., Анискович В.М., Эткин B.C. 13осста-новленне физических параметров начальных стадий морского льда по данным дистанционных СВЧ-измерений в диапазоне 0,3-18 см // Исследование Земли из космоса. 1985. № 1. С.23-31.

13. Грушин В.А., Райзер В.Ю., Смирнов A.B., Эткин B.C. Наблюдение нелинейного взаимодействия гравитационных волн оптическими и радиолокационными методами // Доклады АН СССР. 1986. Т.290. N92. С.453-462.

14. Гречко С.И., Кузьмин A.B., Раев М.Д., Райзер В.Ю., Эткин B.C. О регрессионных зависимостях радиотепловых сигналов от морской. поверхности // Всесоюзная конференция по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды. Рига. 1986. Тезисы докладов. С. 159.

15. Косорукова А.И., Новиков В.М., Райзер В.Ю. Цифровой метод восстановления пространственных характеристик пенных образований по изображениям морской поверхности // Исследование Земли из космоса. 1986. №6. С. 10!-104.

16. Ильин В.А., Каменсцкая М.С., Райзер В.Ю., Фатыхов К.З., Фило-нович С.Р. Радиофизические исследования нелинейных поверхностных волн // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1988. Т.24. №6. С.640-646.

17. Новиков В.М., Райзер В.Ю. Цифровой анализ физических объектов на изображениях. Пакет программ и алгоритмов // Препринт ИКИ АН СССР. Пр-1444. М. 1988. 38 С.

18. Райзер В.Ю., Косорукова А.И., Эткин B.C. Динамика пенного покрова по данным'цифровой обработки оптических изображений поверхности океана // Всесоюзная конференция "Использование спутниковой информации в исследованиях океана и атмосферы". Звенигород. 1989. Тезисы докладов. С.8.

19. Райзер В.Ю.Смирнов А.В., Эткин B.C. Динамика крупномасштабной структуры взволнованной поверхности океана по данным обработки оптических изображений // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т.26. №3. С.276-284.

20. Райзер В.Ю., Новиков В.М. Фрактальная структура зон обрушения поверхностных волн в океане // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т.26. Ns6. С.664-668.

21. Райзер В.Ю., Косолапов B.C. Возможности спутниковой СВЧ-радиометрии для определения интенсивности дождя и водозапаса облаков по результатам численного моделирования // Исследование Земли из космоса. 1990. №5. С.78-89.

22. Ильин В.А., Касымов С.С., Райзер В.Ю., Фатыхов К.З. Об эффектах радиоизлучения водной поверхности в присутствии дождя // XVI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Харьков. 1990. Тезисы докладов. Часть 2. С.264.

23. Косолапов B.C., Райзер В.Ю. Численное моделирование радиоизлучения системы "облачная атмосфера - океан" и возможности повышения точности спутниковых СВЧ-радиомстрических оценок интенсивности дождя и водозапаса облаков над океаном // XVI

Всесоюзная . конференция по распространению радиоволн. Харьков. 1990. Тезисы докладов. Часть 2. С.282.

24. Райзер В.Ю., Кузьмин A.B. О применении теории выбросов случайного поля к расчету излучения шероховатой поверхности в квазистатическом приближении // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1991. Т.34. №2. С. 147-155.

25. Ильин В.А., Касымов С.С., Райзер В.Ю., Степанищева М.Н., Фатыхов К.З. Лабораторные исследования возмущений поверхности, вызванных падением капель дождя // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1991. Т.27. №5. С.578-583.

26. Эткин B.C., Раев М.Д., Булатов М.Г., Милицкий Ю.А., Трохимо-вский Ю.Г., . Смирнов A.B., Ирисов В.Г., Кузьмин A.B., Райзер В.Ю., Литовченко К.Ц., Беспалова Е.А., Скворцов Е.И., Смирнов А.И., Поспелов М.Н. Радиогидрофизические аэрокосмические исследования океана // Препринт ИКИ АН СССР. Пр-1749. М. 1991.

' 27. Эткин B.C., Раев М.Д., Милицкий Ю.А., Булатов М.Г., Литовченко К.Ц., Ирисов В.Г., Смирнов A.B., Трохимовский Ю.Г., Кузьмин A.B., Райзер В.Ю., Дзюра М.С., Беспалова Е.А., Скворцов Е.И., Смирнов А.И., Поспелов М.Н., Боярский Д.А., Мировский В.Г., Бобров П.П., Сологубова Т.А. Радиогидрофизические экологические и гидрологические исследования. Приборы и методы обработки // Препринт ИКИ АН СССР. Пр-1776. М. 1991.

28. Домбровский Л.А., Райзер В. 10. Микроволновая модель двухфазной среды в приводном слое океана // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1992. Т.28. №8. С.863-872.

29. Болотникова Г.А., Ирисов В.Г., Райзер В.Ю., Смирнов А.И., Эткин B.C. Вариации собственного излучения океана в диапазоне 8 и 18 см // Исследование Земли из космоса. 1993. №3 С.3-11.

30. Райзер В.Ю. Микроволновые модели двухфазных сред в океане // XVII Всесоюзная конференция но распространению радиоволн, Ульяновск, 1993. Тезисы докладов. Секции 3,4,5. С.75.

31. Raizer V.Yu. Remote sensing of a large-scale surface structure // Annales Geophysicae. Supplement to V.9. XVI General Assembly EGS.

1991. 22-26 April. Wiesbaden. FRG. P.C164.

32. Raizer V.Yu., Smirnov A.V., Etkin V.S. Microwave remote sensing of oil spills in ocean // 11-th Annual Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS'91. Helsinki. University of Technology. Espoo. Finland. June 1991. V.IIl. P.1319.

33. Raizer V.Yu., Sinirnov A.V., Etkin V.S. Investigations of internal sea waves effect on the energy-carrying part of the sea surface wave spectrum from remote sensing data // 11-th Annual Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS'91. Helsinki. University of Technology. Espoo. Finland. June 1991. V.IV. P.2351-2352.

34. Raizer V.Yu., Sinirnov A.I., Smirnov A.V., Etkin V.S. Investigations of the large-scale sea surface structure and wave interactions with airborne radiophysical and optical instrumentation // 11-th Annual Geosciencc and Remote Sensing Symposium IGAPvSS'91. Helsinki. University of Technology. "Espoo. Finland. June 1991.V.III. P.1321-1322.

35. Raizer V.Yu., Ilyin V.A. Microwave observations of finite-amplitude water waves // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,

1992. V.30. N1. P.189-192.

36. Raizer V.Yu. Microwave characteristics of two-phase ocean surfacc structures // The International URSI-Conference on Microwave Terrestrial Remote Sensing: Systems, Techniques and Theory: Microwave Signature-92. Igls-Innsbruck. Austria. July 1-3 1992. Conference Proceedings. P.1D-9 - ID-10.

37. Raizer V.Yu., Etkin V.S. Wind-wave and foam dynamics from optica and radar airborne observations // Conference for Pacific Oceai

Environment and Probing: PORSEC-92 in Okinawa. Japan. August 2531 1992. Proceedings. V.2. P.l 171-1174.

38. Raizer V.Yu. Optical and microwave sensing of breaking waves in ocean // Topical Symposium on Combined Optical-Microwave Earth and Atmosphere Sensing. Albuquerque. March 22-25 1993. NM. USA. Conference Proceeding. 1993. P. 27.

39. Raizer V.Yu. Microwave signatures of two phase air-sea interface // A Symposium on the Air-Sea Interface (radio and acoustic sensing, turbulence and wave dynamics). Marseilles. June 24-30 1993. France. Book of Abstracts. P.92.

40. Raizer V.Yu., Smirnov A.I. Wind-speed sensitivity of ocean surfacp microwave emission at 1,67 and 3,8 GHz frequencies // Proceeding of the Pacific Ocean Remote Sensing Conference. Melbourne. Australia. March 1-4. 1994. P.339-341.

41. Raizer V.Yu. Wave spectrum and foam dynamics via remote sensing // In the book: "Satellite Remote Sensing of the Oceanic Environment" Edited by I.S.F.Jones, Y.Sugimori and R.W.Stewart. Seibutsu Ken-kyusha. Japan. 1994. P.301-304.

42. Raizer V.Yu. A new complex model for microwave remote sensing of ocean surface // Specialist Meeting on Microwave Radiometry and Remote Sensing of the Environment. Rome. Italy. 14-17 February 1994. Proceeding. P. 105.

43 Raizer V.Yu. Spectral and fractal measurements of ocean surface optical images // Annales Geophysicae. Supplement II to V.12. 19th General. Assembly EGS. 25-29 April 1994. Grenoble. France. Part II. P.C492. 44. Raizer V.Y., Novikov V.M., Bocharova T.Y. The geometrical and fractal properties of visible radiances associated with breaking waves in the ocean // Annales Geophysicae. 1994. V.12. P. 1229-1233.

ОСНОВНЫЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ОПТИКО-МИКРОВОЛНОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ