Радиометрия температурной пленки морской поверхности тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

БУБУКИН Игорь Тимофеевич

УДК 537.86.029.65/.79; 551.465.7

радиометрия температурной пленки морской

поверхности

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

5 к:ом 2014

005549643

Нижний Новгород 2014

005549643

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном научном учреждении "Научно-исследовательский радиофизический институт" Министерства образования и науки Российской Федерации

Официальные оппоненты СТЕРЛЯДКИН Виктор Вячеславович

доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики Московского государственного университета приборостроения и информатики, г.Москва

КУЛИКОВ Юрий Юрьевич

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

отдела физики атмосферы и микроволновой диагностики

Федерального государственного бюджетного учреждения науки

Института прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН), г.Нижний Новгород

ОРЛОВ Игорь Яковлевич доктор технических наук, профессор кафедры радиотехники радиофизического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского», г.Нижний Новгород

Ведущая организация Федеральное государственное казенное военное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского»

Министерства обороны Российской Федерации, г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится « 24 » июня 2014 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.161.01 при федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Научно-исследовательский радиофизический институт» (ФГБНУ НИРФИ) Министерства образования и науки РФ по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Большая Печерская, 25/12а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБНУ НИРФИ Автореферат разослан « 20 » мая 2014 г. Ученый секретарь

диссертационного совета _______

доктор физ.-мат. наук ( Н.В.Бахметьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Мировой океан формирует климат нашей планеты. Климат во многом зависит от стабильности теплового баланса между притоком и потерей тепла планетой, осуществляемых лучистым переносом: приток тепла - поглощение планетой приходящего солнечного излучения, потеря тепла планетой - это её уходящее инфракрасное излучение. Большая часть этого процесса приходится на долю поверхности Мирового океана, занимающего 75% поверхности нашей планеты. Поэтому отражательная способность поверхности океана и её изменения непосредственно влияют на приток и потерю тепла и, как следствие, являются причиной климатических изменений.

Фундаментальным физическим процессом, определяющим климат, является тепловой баланс между атмосферой и океаном, и для его стабильности весьма важно, чтобы тепловая энергия не накапливалась ни в одной из этих сред. В природе тепловой баланс регулируется обменными процессами переноса тепла и вещества (газов и влаги) через морскую поверхность из атмосферы в океан или из океана в атмосферу. Эффективность обменных процессов в полной мере зависит от экологической чистоты морской поверхности. Парниковый эффект нарушает природный тепловой баланс сред. Вследствие поглощения уходящего излучения парниковыми газами, главным образом, углекислым газом, содержание которого в атмосфере непрерывно растёт, и водяным паром, накапливается тепло в атмосфере. Океан является регулятором содержания в атмосфере парниковых газов. Транспортировку углекислого газа из атмосферы через морскую поверхность в глубины океана эффективно осуществляют ряд механизмов (диффузия, микроконвекция, перенос пузырьками), и в силу высокой растворимости углекислого газа в воде океан способен его поглощать в огромных объёмах. Рассмотренные выше фундаментальные физические процессы, формирующие климат: отражательная способность морской поверхности, тепло и газообмен между атмосферой и океаном, регуляция парникового эффекта, осуществляются через морскую поверхность. В этом её исключительная важность для климата и сохранения условий жизни на нашей планете.

В настоящее время почти 20% площади Мирового океана покрыто органическими плёнками биогенного и антропогенного происхождения, последние особенно велики в зонах экономической деятельности человека. Нефть и нефтепродукты представляют основное содержание этого вида поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества изменяют диэлектрическую проницаемость поверхностного слоя воды и его отражательную способность, являются преградой для газо и влагообмена между океаном и атмосферой, нарушают динамику поступления энергии от ветра к поверхностным волнам. В этих условиях океан не может в полной мере поддерживать баланс углекислого газа и водяного пара в атмосфере и быть регулятором парникового эффекта.

Актуальность темы исследования определяется тем фактом, что, несмотря на свою важность, физические параметры тонкого верхнего слоя морской поверхности, получившего название плёночного слоя, даже для чистой морской поверхности в натурных условиях изучены недостаточно, а при покрытии поверхностными органическими плёнками практически неизвестны. Причина того — отсутствие методов и приборов для исследования физических процессов в очень тонком (субмиллиметровом) слое взволнованной морской поверхности, граничащем с атмосферой.

Цель работы.

Развитие радиофизических методов и определение параметров и структуры верхнего слоя температурной плёнки морской поверхности и происходящих в ней процессов на основе экспериментальных и теоретических исследований собственного излучения взволнованной морской поверхности.

Научная новизна.

Определяется полученными оригинальными результатами и состоит в следующем.

1. Создан радиофизический дистанционный метод диагностики пленочного слоя морской поверхности в условиях ветрового волнения по ее собственному уходящему ИК-излучению, который позволил решить проблему одновременного определения в натурных условиях при ветровом волнении отражательной способности и температуры граничного пленочного слоя морской поверхности по данным дистанционных измерений интенсивности излучений морской поверхности и атмосферы в ИК диапазоне. Определена диэлектрическая проницаемость воды в скин-слое ИК-диапазона. Обнаружено, что в натурных условиях диэлектрическая проницаемость пленочного слоя изменчива и меньше величины, полученной для морской воды в лабораторных измерениях, которую используют в стандартных методиках определения температурных полей океана. Полученные данные натурных измерений интерпретированы в модели статистической смеси воды и микропузырьков воздуха (микропузырьковый слой), формирующейся под пленкой поверхностного натяжения, в однородном слое с толщиной скин-слоя порядка 10 мкм, соответствующего скин-слою ИК диапазона в интервале 8... 14 мкм. Показано, что одновременные натурные измерения температуры и отражательной способности морской поверхности в натурных условиях дают значения температуры, отличающиеся от температур, полученных при использовании априорных- данных о диэлектрических свойствах морской поверхности, что может привести к ошибочным выводам о характере теплообмена между морем и атмосферой.

2. Показано, что отражательная способность морской поверхности в ИК-диапазоне в натурных условиях может быть изменчивой величиной. Расширение объема экспериментальных данных позволило выявить зависимость параметров микропузырькового слоя от состояния водной поверхности и приводной атмосферы и исследовать механизм образования

микропузырькового слоя под пленкой поверхностного натяжения морской поверхности. Вода с поверхности, опускаясь вследствие конвекции или волновых движений, попадает в слои с более высокой температурой, что приводит к выделению избытка газа из раствора в виде воздушных микропузырьков, которые всплывают и удерживаются поверхностным давлением под пленкой поверхностного натяжения. В результате натурных измерений собственных излучений атмосферы и морской поверхности в ИК-диапазоне и теоретических исследований установлено, что обнаруженный микропузырьковый воздушный слой является универсальным образованием в структуре морской поверхности холодного пограничного слоя, возникающим вследствие фундаментальных процессов тепло и газообмена на границе атмосфера - морская поверхность.

3. В натурных условиях при умеренном ветровом волнении измерены отражательная способность, диффузный коэффициент отражения из-за рассеяния на волнах ряби, температура и диэлектрическая проницаемость воды в граничном плёночном слое морской поверхности толщиной 0.16 мм по дистанционным измерениям собственных излучений морской поверхности и атмосферы в пятимиллиметровом диапазоне на склоне линии поглощения атмосферного кислорода, отличающиеся повышенной точностью. Результат получен благодаря применению метода, основанного на измерении интенсивности радиоизлучения поверхности при подсветке ее излучением известной, но изменяющейся мощности. В эксперименте такой подсветкой являлось радиоизлучение атмосферы, яркостная температура которой значительно изменяется в зависимости от частоты на склоне полосы поглощения молекулярного кислорода. Обнаружено, что в натурных условиях мнимая часть диэлектрической проницаемости воды в слое 0.2 мм больше величины, обычно принимаемой для воды по стандартным моделям, что может являться следствием уменьшения времени релаксации дипольных молекул воды в 1.5...2 раза в пленочном слое морской поверхности. Уменьшение времени релаксации означает, что в скин-слое толщиной порядка 0.2 мм в верхнем слое температурной пленки морской поверхности вязкость воды уменьшена по сравнению с чистой водой. Через морскую поверхность интенсивно идут обменные процессы между атмосферой и морем, что приводит к значительным концентрациям растворенных атмосферных газов в пленочном слое. Растворение в воде неполярных атмосферных газов уменьшает межмолекулярное взаимодействие, в частности перенос импульса, и динамическая вязкость раствора и, следовательно, время релаксации оказывается меньше, чем в чистой воде.

4. Теоретически и экспериментально исследованы корреляционные зависимости в радиоизлучении взволнованной морской поверхности. Обнаружен эффект подавления флуктуаций радиоизлучения морской поверхности при одновременной регистрации радиояркостной температуры с одного и того же участка поверхности в двух ортогональных направлениях плоскостей поляризации. В результате создаётся выигрыш, на порядок

5

повышающий отношение сигнала к шуму при измерении радиояркостной температуры морской поверхности. Экспериментально подтверждено наличие корреляционных эффектов во флуктуирующем радиоизлучении взволнованной морской поверхности, включая отрицательную корреляцию флуктуаций на поляризационных углах 0°, 90° и 45°, 135°. Наличие корреляционных эффектов в среднем уровне принимаемого сигнала приводит к тому, что яркостная температура на поляризационном угле V)/ перестаёт быть линейной комбинацией яркостных температур на вертикальной и горизонтальной поляризациях.

5. По одновременным натурным измерениям собственных излучений морской поверхности и атмосферы в ИК и СВЧ диапазонах получены температуры в пленочном слое морской поверхности, полный тепловой поток из моря в атмосферу, составляющие теплового баланса потоков на границе и параметры турбулентного теплопереноса в приводном слое атмосферы. Показано, что использование данных лабораторных измерений о диэлектрических свойствах чистой воды в скин-слое ИК-диапазона приводит к ошибочным выводам о величине и направлении теплового потока на границе-море-атмосфера. Теоретическая и практическая значимость работы

Основой исследований и получения данных об естественных природных состояниях субмиллиметрового плёночного слоя морской поверхности является метод дистанционного измерения отражательной (излучательной) способности морской поверхности в натурных условиях ветрового волнения. Один из главных результатов диссертационной работы - создание физических основ радиофизических дистанционных методов диагностики плёночного слоя морской поверхности по её собственному уходящему излучению в ИК и миллиметровом диапазонах и одновременное определение в натурных условиях температуры и отражательной способности (диэлектрической проницаемости) воды в плёночном слое - величин, определяющих фундаментальные физические процессы.

Температура поверхности является одним из основных параметров, определяющих влаго и теплообмен с атмосферой и потоки уходящего ИК-излучения. Температура морской поверхности может быть точно измерена только по её тепловому излучению в инфракрасном и миллиметровом диапазоне дистанционным радиометрическим методом. Это возможно, если известна излучательная способность морской воды в плёночном слое. Поскольку излучательная способность может быть изменчива, то использование любых априорных данных влечёт за собой ошибки в определении температуры. Разработанные методы измерений излучательной способности позволяют решить эту проблему.

Спутниковые ИК-измерения хорошо определяют контрасты или горизонтальные градиенты в распределении температуры воды на поверхности. Абсолютные величины температур получаются только при привязке (калибровке) спутниковых измерений к значениям температуры воды в

нескольких подспутниковых точках на водной поверхности, измеряемой контактными методами с дрейфующих буёв. Термодатчики на дрейфующем буе измеряют температуру воды на глубине от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров, которая отличается от температуры морской поверхности и температуры воды в скин-слое ИК-излучения. В этом состоит неопределённость спутниковых данных и карт температурных полей морской поверхности и их недостаток для решения задач взаимодействия атмосферы и океана. Их удалось бы избежать, если калибровку спутниковых данных проводить по температуре воды, измеренной по ИК-излучению морской поверхности в подспутниковых точках. Поэтому для повышения точности определения температурных полей океана необходима разработка новых методов подспутниковых калибровок, и один из них рассматривается в настоящей работе.

Определена диэлектрическая проницаемость воды в скин-слое ИК-диапазона. Обнаружено, что в натурных условиях диэлектрическая проницаемость пленочного слоя изменчива и меньше величины, полученной для морской воды в лабораторных измерениях, которую используют в стандартных методиках определения температурных полей океана. Полученные данные натурных измерений интерпретированы в модели статистической смеси воды и микропузырьков воздуха (микропузырьковый слой), формирующейся под пленкой поверхностного натяжения, в однородном слое с толщиной скин-слоя порядка 10 мкм, соответствующего скин-слою ИК диапазона в интервале 8... 14 мкм. Расширение объема экспериментальных данных позволило исследовать механизм образования микропузырькового слоя под пленкой поверхностного натяжения морской поверхности. Вода с поверхности, опускаясь вследствие конвекции или волновых движений, попадает в слои с более высокой температурой, что приводит к выделению избытка газа из раствора в виде воздушных микропузырьков, которые всплывают и удерживаются поверхностным давлением под пленкой поверхностного натяжения. В результате натурных измерений собственных излучений атмосферы и морской поверхности в ИК-диапазоне и теоретических исследований установлено, что обнаруженный микропузырьковый воздушный слой является универсальным образованием в структуре морской поверхности холодного пограничного слоя, возникающим вследствие фундаментальных процессов тепло и газообмена на границе атмосфера - морская поверхность. Таким образом, микропузырьковый воздушный слой является индикатором интенсивности тепло и газообмена на границе атмосфера - морская поверхность и на этой основе могут быть созданы перспективные технологии мониторинга взаимодействия океана и атмосферы и экологического контроля состояния морской поверхности.

Создание радиофизических методов дистанционной диагностики взволнованной морской поверхности по данным совместных измерений в ИК и СВЧ-диапазонах направлено на исследование фундаментальных физических процессов, определяющих климат - теплового баланса между атмосферой и

7

океаном. Дистанционные радиофизические измерения температуры воды на двух длинах волн, имеющих существенно различные толщины скин-слоёв, дают возможность измерения температурного градиента внутри термического слоя поверхности океана, характеризуемого линейным изменением температуры. Теплоперенос в этом слое определяется молекулярной теплопроводностью, поэтому по градиенту температуры непосредственно вычисляется полный тепловой поток между атмосферой и поверхностью океана. В проведённой работе реализованы прямые эксперименты по дистанционной диагностике тепловых потоков, осуществлённые на длине волны 4 см в радиодиапазоне совместно с ИК-измерениями в диапазоне длин волн 8... 14 мкм. В результате были получены составляющие теплового баланса морской поверхности в натурных условиях и характеристики турбулентного переноса тепла и влаги в приводном слое.

Температура воды в скин-слое толщиной 1.8 мм была определена по данным абсолютных измерений интенсивности теплового радиоизлучения морской поверхности в диапазоне СВЧ, на длине волны 4 см. Основной проблемой при дистанционных измерениях температуры является разделение температурных и излучательных эффектов в интенсивности радиоизлучения моря. В результате проведённых в ФГБНУ НИРФИ исследований флуктуирующих радиоизлучений взволнованной морской поверхности были обнаружены неизвестные ранее флуктуационно-поляризационные свойства радиоизлучения моря. На этой основе была разработана специальная фазово-поляризационная приёмная радиометрическая система, позволяющая почти полностью исключать влияние крупномасштабного (по сравнению с длиной волны принимаемого излучения) морского волнения на интенсивность радиоизлучения морской поверхности в условиях ветрового волнения. Построенные на этих принципах системы дистанционного зондирования позволят существенно уменьшить помехи, связанные с волнением и могут быть установлены на авиационных и космических носителях. Методология н методы исследования

Использованы как известные, так и вновь созданные методы исследований.

Развиты теоретические основы радиометрических измерений температуры и излучательной способности верхнего слоя температурной плёнки морской поверхности в натурных условиях при ветровом волнении. На их основе были созданы методы измерений и радиометрические комплексы в диапазонах СВЧ (4 см), миллиметровом (5 мм) и инфракрасном (8... 14 мкм). Повышенная точность измерения радиояркостной температуры морской поверхности и атмосферы была достигнута благодаря оперативным антенным калибровкам с применением абсолютно чёрного диска и отражающих зеркал.

Предложен новый метод дистанционного исследования параметров плёночного слоя водной поверхности, использующий корреляционные и поляризационные свойства её собственного теплового излучения. Метод реализован в инфракрасном и миллиметровом диапазонах длин волн. В

миллиметровом диапазоне собственное излучение атмосферы, подсвечивающее морскую поверхность на ряде частот 5-мм диапазона, на склоне полосы поглощения молекулярного кислорода, являлось сигналом известной, но изменяющейся мощности. Из-за различия частотной зависимости излучения атмосферы и водной поверхности возможно отделить собственное излучение воды от переотраженного излучения атмосферы. В инфракрасном диапазоне для реализации подсветки морской поверхности сигналом известной, но изменяющейся мощности использована естественная изменчивость атмосферы. В обоих частотных диапазонах при этом были измерены отражательная способность и температура воды в скин-слое с повышенной точностью. Полученные результаты позволяют ставить задачу измерения диэлектрической проницаемости в натурных условиях при ветровом волнении. Предложен и апробирован в натурных условиях метод одновременного измерения коэффициентов отражения, температуры и волнового состояния морской поверхности по измерениям морской поверхности и атмосферы в ИК-диапазоне в широком диапазоне углов (включая пригоризонтные). Для определения дисперсии уклонов морского волнения используется эффект корреляции коэффициента отражения морской поверхности и интенсивности излучения атмосферы по зеркальному лучу на пригоризонтных углах.

Предложен новый метод получения аналитических выражений для статистических характеристик яркостной температуры поверхности с крупномасштабными неровностями. Метод основан на введении локальных координат при вычислении интегралов методом перевала, используется малость величины дисперсии тангенсов углов наклонов поверхности. Получены соотношения для яркостной температуры неровной поверхности, её отраженной компоненты, корреляционной функции и спектра флуктуаций яркостной температуры. Эти соотношения универсальны - величина локального коэффициента излучения в них может описываться не только выражениями для ровной поверхности, но и могут быть учтены мелкомасштабные неровности, изменения диэлектрической проницаемости.

Предложен новый метод, на порядок повышающий отношение сигнала к шуму при измерении радиояркостной температуры морской поверхности в натурных условиях морского волнения. Метод основан на теоретических и экспериментальных исследованиях корреляционных зависимостей в радиоизлучении морской поверхности и заключается в эффекте подавления флуктуаций радиоизлучения морской поверхности при одновременной регистрации радиояркостной температуры с одного и того же участка поверхности в двух ортогональных направлениях плоскостей поляризации. На основе исследований флуктуационных свойств радиоизлучений взволнованной морской поверхности также созданы перспективные технологии дистанционного определения балльности морского волнения, приводной скорости ветра, спектров волнения и направления главного движения волн.

Положения, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований диэлектрических, температурных и волновых характеристик взволнованной морской поверхности по натурным измерениям интенсивностей собственных излучений морской поверхности и атмосферы в ИК-диапазоне.

2. Результаты экспериментальных исследований отражательной способности, поправки к ней, связанные с рябью, температуры и диэлектрической проницаемости граничного плёночного слоя морской поверхности по дистанционным измерениям излучений морской поверхности и атмосферы в миллиметровом диапазоне.

3. Метод дистанционного исследования параметров плёночного слоя морской поверхности, использующий подсветку поверхности сигналом известной, но изменяющейся мощности. Методы измерений и радиометрические комплексы в диапазонах СВЧ (4 см), миллиметровом (5 мм) и инфракрасном (8... 14 мкм).

4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований корреляционных эффектов во флуктуирующем радиоизлучении взволнованной морской поверхности.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований радиационно-ветровых и радиационно-температурных характеристик взволнованной морской поверхности.

6. Результаты теоретических исследований некоторых аспектов влияния оптически прозрачной атмосферы на работу систем дистанционного зондирования.

Достоверность

Достоверность полученных результатов и выводов обусловлена: вновь созданными методами измерений параметров морской поверхности в натурных условиях, включая ветровое волнение;

сопоставлением результатов натурных экспериментальных исследований с вновь созданными и существующими теоретическими моделями; постановкой тестовых лабораторных экспериментов для верификации аппаратурных комплексов и методов обработки;

применением современных методов регистрации и обработки данных измерений;

применением современного математического аппарата теоретических исследований;

экспертными оценками при публикации основных результатов исследований в рецензируемых научных журналах;

доведением результатов научных исследований до научной общественности в выступлениях на научных конференциях и симпозиумах.

Апробация работы

Основные результаты диссертации докладывались на 13 и 15 Всесоюзных конференциях по распространению радиоволн (Горький, 1981; Алма-Ата, 1987), 3 съезде советских океанологов (Ленинград, 1987), Всесоюзной конференции по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды (Рига, 1986), I Всесоюзной школе-симпозиуме по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере (Москва, 1983), Международной конференции «Математические методы в электромагнитной теории» (Харьков, 1994), Международном форуме по проблемам науки, техники и образования, посвященном 850-летию города Москвы, столицы России (Москва, 1997), Всероссийской научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами» (Муром, 2001), Всероссийской конференции «Физические проблемы экологии (экологическая физика)» (Москва, 2001), XX, XXII и XXIII Всероссийских конференциях по распространению радиоволн (Нижний Новгород, 2002; Ростов-на-Дону - п. JIoo, 2008; Йошкар-Ола, 2011), Четвертой Всероссийской научной школе и конференции «Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред» (Муром, 2009), Всероссийской научно-практической конференции «Космическая радиолокация» (Всероссийские радиофизические научные чтения-конференции памяти H.A. Арманда) (Муром, 2010), VII и VIII конференциях Волжского регионального центра Ракетно-артиллерийской Российской Академии Наук «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения» (Саров, 2011; 2013), V Всероссийской научной конференции (II Всероссийские Армандовские чтения) (Муром, 2012), IV Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике» (III Всероссийские Армандовские чтения) (Муром, 2013).

Результаты, полученные в диссертации, обсуждались на тематических семинарах ФГБНУ НИРФИ.

Алгоритмы и программы обработки данных натурных измерений были апробированы и внедрены на экспериментальных установках РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров) и ООО «НИЦ УНПК МФТИ» (г. Долгопрудный).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 39 работ. Из них 16 статей - в рецензируемых отечественных журналах, в том числе 15 - в отечественных журналах, входящих в перечень российских рецензируемых журналов, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ, и в переводной версии в систему цитирования Web of Science, 1 статья в научном журнале, включенном в систему научного цитирован™ РИНЦ, 23 работы - публикации докладов в трудах всероссийских, всесоюзных и международных конференций.

Личный вклад автора

Автор принимал участие в постановке задач, разработке физических принципов радиометрических методов измерений в СВЧ, миллиметровом и ИК диапазонах, разработке физических моделей излучающего слоя морской поверхности. Автором предложен метод получения аналитических выражений для статистических характеристик яркостной температуры поверхности с крупномасштабными неровностями. Им разработаны и изготовлены радиометрические комплексы в диапазонах СВЧ (4 см), миллиметровом (5 мм) и инфракрасном (8... 14 мкм). Все эксперименты по исследованию собственных излучений взволнованной морской поверхности выполнены лично автором. Разработка алгоритмов и программного обеспечения для обработки данных натурных измерений и сама обработка также выполнены автором.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, 6-ти глав и заключения. В работе 206 страниц текста, 41 рисунок, 6 таблиц, библиография включает 139 названий, общий объём работы 255 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

Во введении показаны актуальность и цель выполненной работы, определен предмет исследования, кратко изложены основные результаты, представленные к защите, отмечена их новизна, а также научная и практическая значимость.

Первая глава написана на основании литературных данных и посвящена описанию основных характеристик морской поверхности, которые могут быть использованы для описания её радиационных свойств и создания систем дистанционного зондирования поверхности акваторий.

Вторая глава посвящена методам дистанционного зондирования морской поверхности в пассивной радиолокации.

Приведено обоснование основного уравнения дистанционного СВЧ-зондирования морской поверхности, адекватное для решения задач дистанционного зондирования морской поверхности с берега или борта судна. Проведен анализ полученных соотношений с указанием использованных приближений.

Описан метод получения аналитических выражений для статистических характеристик яркостной температуры поверхности с крупномасштабными неровностями. Метод основан на введении локальных координат при вычислении интегралов методом перевала, используется малость величины дисперсии тангенсов углов наклонов поверхности. Получены соотношения для яркостной температуры неровной поверхности, её отраженной компоненты, корреляционной функции и спектра флуктуаций яркостной температуры. Эти соотношения универсальны - величина локального коэффициента излучения в них может описываться не только выражениями для ровной поверхности, но и могут быть учтены мелкомасштабные неровности, изменения диэлектрической проницаемости. Показано, что при наблюдении в надир спектр флуктуаций

12

яркостной температуры в два раза шире спектра возвышений. При наклонных углах зондирования спектр флуктуаций подобен спектру возвышений.

Получено, что учёт корреляционных эффектов является принципиально важным при создании адекватных теоретических моделей флуктуирующего радиоизлучения взволнованной морской поверхности. Наличие корреляционных эффектов в среднем уровне принимаемого сигнала приводит к тому, что яркостная температура на поляризационном угле \\1 перестаёт быть линейной комбинацией яркостных температур на вертикальной и горизонтальной поляризациях.

Анализ показывает, что крупномасштабное морское волнение приводит к появлению четырёх поляризационных компонент на углах \|/=0°, 90° и 45°, 135°, флуктуации радиоизлучения которых попарно отрицательно коррелированы. Первая пара компонент связана с наклонами волн в плоскости визирования, вторая — в перпендикулярной плоскости. Экспериментально подтверждено наличие корреляционных эффектов во флуктуирующем радиоизлучении взволнованной морской поверхности, включая отрицательную корреляцию флуктуаций на поляризационных углах 0°, 90° и 45°, 135°.

Развиты теоретические основы радиометрических измерений температуры и излучательной способности верхнего слоя температурной плёнки морской поверхности в натурных условиях при ветровом волнении. На их основе созданы методы измерений и радиометрические комплексы в диапазонах СВЧ (4 см), миллиметровом (5 мм) и инфракрасном (8... 14 мкм). Повышенная точность измерения радиояркостной температуры морской поверхности и атмосферы была достигнута благодаря оперативным антенным калибровкам с применением абсолютно чёрного диска и отражающих зеркал.

Третья глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям плёночного слоя морской поверхности в инфракрасном диапазоне дистанционными радиометрическими методами.

Получено основное уравнение переноса интенсивности излучения, адекватное для решения задач дистанционного зондирования морской поверхности в инфракрасном диапазоне длин волн с берега или борта судна. В уравнении учтена корреляция флуктуаций коэффициента отражения и интенсивности излучения атмосферы по зеркальному лучу, имеющая место вследствие изменения уклонов морской волны.

Описан радиофизический дистанционный метод диагностики пленочного слоя морской поверхности в условиях ветрового волнения по ее собственному уходящему ИК-излучению, который позволил решить проблему одновременного определения в натурных условиях при ветровом волнении отражательной способности и температуры граничного пленочного слоя морской поверхности по данным дистанционных измерений интенсивности излучений морской поверхности и атмосферы в ИК диапазоне.

По данным натурных измерений, определена диэлектрическая проницаемость воды в скин-слое. Обнаружено, что в натурных условиях

диэлектрическая проницаемость пленочного слоя изменчива и меньше величины, полученной для морской воды в лабораторных измерениях, которую используют в стандартных методиках определения температурных полей океана. Данные натурных измерений интерпретированы в модели статистической смеси воды и микропузырьков воздуха (микропузырьковый слой), формирующейся под пленкой поверхностного натяжения, в однородном слое с толщиной скин-слоя порядка 10 мкм, соответствующего скин-слою ИК диапазона в интервале 8... 14 мкм.

Показано, что одновременные натурные измерения температуры и отражательной способности морской поверхности в натурных условиях дают значения температуры, существенно отличающиеся от температур, полученных при использовании априорных данных о диэлектрических свойствах морской поверхности, что может привести к ошибочным выводам о характере теплообмена между морем и атмосферой.

Предложен и апробирован в натурных условиях метод одновременного измерения коэффициентов отражения, температуры и волнового состояния морской поверхности по измерениям морской поверхности и атмосферы в ИК-диапазоне в широком диапазоне углов (включая пригоризонтные). Для определения дисперсии уклонов морского волнения используется эффект корреляции коэффициента отражения морской поверхности и интенсивности излучения атмосферы по зеркальному лучу на пригоризонтных углах.

По данным натурных измерений показано, что отражательная способность морской поверхности в натурных условиях может быть изменчивой величиной. Расширение объема экспериментальных данных позволило выявить зависимость параметров микропузырькового слоя от состояния водной поверхности и приводной атмосферы и исследовать механизм образования микропузырькового слоя под пленкой поверхностного натяжения морской поверхности. Вода с поверхности, опускаясь вследствие конвекции или волновых движений, попадает в слои с более высокой температурой, что приводит к выделению избытка газа из раствора в виде воздушных микропузырьков, которые всплывают и удерживаются поверхностным давлением под пленкой поверхностного натяжения. В результате натурных измерений собственных излучений атмосферы и морской поверхности в ИК-диапазоне и теоретических исследований установлено, что обнаруженный микропузырьковый воздушный слой является универсальным образованием в структуре морской поверхности холодного пограничного слоя, возникающим вследствие фундаментальных процессов тепло и газообмена на границе атмосфера - морская поверхность.

Четвертая глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям плёночного слоя морской поверхности в миллиметровом диапазоне дистанционными радиометрическими методами.

Для решения задачи о диэлектрических свойствах морской воды в миллиметровом диапазоне в натурных условиях ветрового волнения

необходимо определение коэффициентов отражения локально ровной поверхности, а для этого нужны методы непосредственного измерения диффузной компоненты коэффициента отражения из-за рассеяния на мелкомасштабных волнах - волнах ряби. В данной главе рассматривается метод диагностики температуры пленочного слоя морской поверхности по ее собственному уходящему излучению и определение в натурных условиях отражательной способности, ее диффузной компоненты и диэлектрической проницаемости воды в слое, где формируется излучение.

Приведены результаты дистанционных одновременных измерений температуры и отражательной способности верхнего слоя температурной пленки морской поверхности в натурных условиях при ветровом волнении, отличающиеся повышенной точностью. Повышение точности достигнуто благодаря применению метода, основанного на измерении интенсивности радиоизлучения поверхности при подсветке ее излучением известной, но изменяющейся мощности. В эксперименте такой подсветкой являлось радиоизлучение атмосферы, яркостная температура которой значительно изменяется в зависимости от частоты на склоне полосы поглощения молекулярного кислорода.

В результате, в натурных условиях при умеренном ветровом волнении измерены отражательная способность, диффузный коэффициент отражения из-за рассеяния на волнах ряби, температура и диэлектрическая проницаемость воды в граничном плёночном слое морской поверхности толщиной 0.16 мм по дистанционным измерениям собственных излучений морской поверхности и-атмосферы в пятимиллиметровом диапазоне на склоне линии поглощения атмосферного кислорода. Обнаружено, что в натурных условиях мнимая часть диэлектрической проницаемости воды в слое 0.2 мм больше величины, обычно принимаемой для воды по стандартным моделям, что может являться следствием уменьшения времени релаксации дипольных молекул воды в 1.5...2 раза в пленочном слое морской поверхности. Уменьшение времени релаксации означает, что в скин-слое толщиной порядка 0.2 мм в верхнем слое температурной пленки морской поверхности вязкость воды уменьшена по сравнению с чистой водой.

Через морскую поверхность интенсивно идут обменные процессы между атмосферой и морем, что приводит к значительным концентрациям растворенных атмосферных газов в пленочном слое. Растворение в воде неполярных атмосферных газов уменьшает межмолекулярное взаимодействие, в частности перенос импульса, и динамическая вязкость раствора и, следовательно, время релаксации оказывается меньше, чем в чистой воде. Экспериментально установлено, что мнимая часть диэлектрической проницаемости и время релаксации является индикатором концентрации растворенных газов в пленочном слое морской поверхности и характеристикой интенсивности обменных процессов между атмосферой и морской поверхностью, что перспективно для контроля экологического состояния акваторий.

Пятая глава посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям плёночного слоя морской поверхности в СВЧ диапазоне (X = 4 см) дистанционными радиометрическими методами. Выполнены обширные теоретические и экспериментальные исследования радиоизлучения термической плёнки морской поверхности в натурных условиях при ветровом волнении. Особенностью радиометрических измерений явилось то, что они производились с высоким пространственным разрешением, в результате чего получены данные о флуктуационных процессах в радиоизлучении морской поверхности, создаваемых волновыми структурами морского волнения.

В результате развиты теоретические основы радиометрических измерений температуры и излучательной способности верхнего слоя температурной плёнки морской поверхности в натурных условиях при ветровом волнении. На их основе созданы методы измерений и радиометрические комплекс в диапазоне СВЧ (X = 4 см). Повышенная точность измерения радиояркостной температуры морской поверхности и атмосферы была достигнута благодаря оперативным антенным калибровкам с применением абсолютно чёрного диска и отражающих зеркал. На основе исследований флуктуационных свойств радиоизлучений взволнованной морской поверхности созданы перспективные технологии дистанционного определения балльности морского волнения, приводной скорости ветра, спектров волнения и направления главного движения волн.

Теоретически и экспериментально исследованы корреляционные зависимости в радиоизлучении морской поверхности. Обнаружен эффект подавления флуктуаций радиоизлучения морской поверхности при одновременной регистрации радиояркостной температуры с одного и того же участка поверхности в двух ортогональных направлениях плоскостей поляризации. В результате создаётся выигрыш, на порядок повышающий отношение сигнала к шуму, при измерении радиояркостной температуры морской поверхности.

Создан метод измерения радиационно-ветровой зависимости: корреляционных изменений яркостной температуры моря из-за мелкомасштабного волнения (волн ряби) и скорости ветра. Метод применён в радиометрических измерениях на Л = 4 см при определении температуры воды в скин-слое.

Также в пятой главе рассмотрены некоторые аспекты влияния неоднородностей оптически прозрачной атмосферы на работу систем дистанционного зондирования: получены средний коэффициент усиления антенны и его дисперсия для апертуры, установленной на летательном аппарате при наблюдении объектов на поверхности Земли сквозь турбулентную атмосферу; найдена интенсивность рассеяния электромагнитного излучения в слое с неоднородностями, лежащем над зеркалом.

Шестая глава посвящена вопросу о значении тонкого микропузырькового слоя в тепловом балансе потоков на границе атмосферы и термической пленки

морской поверхности. В термической пленке (поверхностном слое воды толщиной до 2 мм) перенос тепла осуществляется молекулярной теплопроводностью, что позволяет по измерениям собственного излучения морской поверхности на двух длинах волн с разной толщиной скин-слоя внутри поверхностной пленки одновременно определять характеристики микропузырькового слоя, градиент температуры и получать баланс потоков на границе море-атмосфера.

По одновременным натурным измерениям собственных излучений морской поверхности и атмосферы в ИК и СВЧ диапазонах получены температуры в пленочном слое морской поверхности, полный тепловой поток из моря в атмосферу, составляющие теплового баланса потоков на границе и параметры турбулентного теплопереноса в приводном слое атмосферы.

Показано, что использование данных лабораторных измерений о диэлектрических свойствах чистой воды в скин-слое ИК-диапазона приводит к ошибочным выводам о величине и направлении теплового потока на границе-море-атмосфера.

Заключение

Основные результаты диссертационной работы:

1. Одновременно определены диэлектрическая проницаемость, температура и дисперсия уклонов морской поверхности по натурным измерениям в ИК-диапазоне интенсивностей собственных излучений морской поверхности и атмосферы в широком диапазоне углов визирования (-60° -¡- +90° от горизонта). Обнаружено, что диэлектрическая проницаемость верхней части пленочного слоя, толщиной ~ 20 микрон, изменчива и меньше величины, полученной для морской воды в лабораторных измерениях, которую используют в стандартных методиках определения температурных полей океана. Обнаруженный эффект объясняется наличием под пленкой поверхностного натяжения морской поверхности слоя (толщиной порядка десятка микрон), заполненного смесью воды и воздуха - микропузырькового слоя. Основная его характеристика -объемная доля воздуха в микропузырьковом слое по данным натурных измерений существенно изменчива и может достигать 50%.

2. В натурных условиях при ветровом волнении измерены отражательная способность, поправка к ней связанная с рябью, температура и диэлектрическая проницаемость граничного плёночного слоя морской поверхности по дистанционным измерениям излучений морской поверхности и атмосферы в миллиметровом диапазоне. Определена диэлектрическая проницаемость воды в скин-слое. Обнаружено, что в натурных условиях мнимая часть диэлектрической проницаемости в слое 0.2 мм больше величины, обычно принимаемой для воды по модельным данным.

3. Развиты теоретические основы радиометрических измерений температуры и излучательной способности верхнего слоя температурной плёнки морской поверхности в натурных условиях при ветровом волнении. На их основе созданы методы измерений и радиометрические комплексы в диапазонах СВЧ

(4 см), миллиметровом (5 мм) и инфракрасном (8...14мкм). Повышенная точность измерения радиояркостной температуры морской поверхности и атмосферы была достигнута благодаря оперативным антенным калибровкам с применением абсолютно чёрного диска и отражающих зеркал. Предложен метод дистанционного исследования параметров плёночного слоя водной поверхности, использующий корреляционные и поляризационные свойства её собственного теплового излучения. Метод реализован в инфракрасном и миллиметровом диапазонах длин волн. В миллиметровом диапазоне собственное излучение атмосферы, подсвечивающее морскую поверхность на ряде частот 5-мм диапазона, на склоне полосы поглощения молекулярного кислорода, являлось сигналом известной, но изменяющейся мощности. Из-за различия частотной зависимости излучения атмосферы и водной поверхности возможно отделить собственное излучение воды от переотраженного излучения атмосферы. В инфракрасном диапазоне для реализации подсветки морской поверхности сигналом известной, но изменяющейся мощности использована естественная изменчивость атмосферы. В обоих частотных диапазонах при этом были измерены отражательная способность и температура воды в скин-слое с повышенной точностью.

4. Предложен метод получения аналитических выражений для статистических характеристик яркостной температуры поверхности с крупномасштабными неровностями. Метод основан на введении локальных координат при вычислении интегралов методом перевала, используется малость величины дисперсии тангенсов углов наклонов поверхности. Получены соотношения для яркостной температуры неровной поверхности, её отраженной компоненты, корреляционной функции и спектра флуктуаций яркостной температуры. Эти соотношения универсальны - величина локального коэффициента излучения в них может описываться не только выражениями для ровной поверхности, но и могут быть учтены мелкомасштабные неровности, изменения диэлектрической проницаемости. Показано, что при наблюдении в надир спектр флуктуаций яркостной температуры в два раза шире спектра возвышений. При наклонных углах зондирования спектр флуктуаций подобен спектру возвышений. Показано, что крупномасштабное морское волнение приводит к появлению четырёх поляризационных компонент на углах ц/=0°, 90° и 45°, 135°, флуктуации радиоизлучения которых попарно отрицательно коррелированы. Первая пара компонент связана с наклонами волн в плоскости визирования, вторая - в перпендикулярной плоскости. Экспериментально подтверждено наличие корреляционных эффектов во флуктуирующем радиоизлучении взволнованной морской поверхности, включая отрицательную корреляцию флуктуаций на поляризационных углах 0°, 90° и 45°, 135°. Обнаружен эффект подавления флуктуаций радиоизлучения морской поверхности при одновременной регистрации радиояркостной температуры с одного и того же участка поверхности в двух ортогональных направлениях плоскостей поляризации. В

результате создаётся выигрыш, на порядок повышающий отношение сигнала к шуму, при измерении радиояркостной температуры морской поверхности. Показано, что учёт корреляционных эффектов является принципиально важным при создании адекватных теоретических моделей флуктуирующего радиоизлучения взволнованной морской поверхности. Наличие корреляционных эффектов в среднем уровне принимаемого сигнала приводит к тому, что яркостная температура на поляризационном угле перестаёт быть линейной комбинацией яркостных температур на вертикальной и горизонтальной поляризациях.

5. Получены радиационно-ветровые характеристики морской поверхности по данным измерений в центральной части Атлантического океана в диапазоне углов от 0° до -20° от горизонта с разрешением по углу 1.5°. Совокупность полученных радиационно-ветровых характеристик и имеющихся в литературе данных позволила построить экспериментальную радиационно-ветровую зависимость во всём диапазоне углов. Предложено аналитическое описание радиационно-ветровой характеристики морской поверхности. При учёте только крупномасштабного волнения теория удовлетворительно описывает экспериментальные данные на углах от -20° до -70° от горизонта. Впервые получены радиационно-температурные характеристики морской поверхности по данным измерений в центральной части Атлантического океана в диапазоне углов от 0° до -20° от горизонта. Обнаружена существенная разница в радиационно-температурных характеристиках на длинах волн 0.8 см и 1.35 см, что объясняется вкладом излучения атмосферы. Развита теория, описывающая-радиационно-температурную зависимость с учётом излучения атмосферы и изменения температуры в скин-слое. Обнаружен эффект более медленного роста температуры в поверхностном слое морской воды толщиной 0.5-0.7 мм по сравнению с температурой, измеренной погружённым термометром в более глубоких слоях. Разница температур в слое 0.5-0.7 мм и измеренной обычным способом может достигать 1.5 С. Впервые измерены радиационно-ветровые зависимости яркостной температуры моря из-за мелкомасштабного волнения (волн ряби) в натурных условиях морского волнения. Метод применён в радиометрических измерениях на X = 4 см при определении температуры воды в скин-слое.

6. Найдены средний коэффициент усиления и его дисперсия для антенны, установленной на летательном аппарате при наблюдении объектов на поверхности Земли сквозь турбулентную тропосферу. Показано, что учёт сферичности волны является в данном случае принципиальным, так как источник излучения находится на границе турбулентной тропосферы. В приближении однократного рассеяния найдена интенсивность рассеяния электромагнитного излучения в слое с неоднородностями, лежащем над идеально отражающей поверхностью. Показано, что рассеянное поле образуется в результате интерференции полей основных и вторичных источников с полями их отражений.

Перечень печатных работ, опубликованных в реферируемых научных журналах из перечня ВАК:

1. Бубукин, И.Т. Измерение отражательной способности и диэлектрической проницаемости воды в пленочном слое морской поверхности в миллиметровом диапазоне / И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Радиотехника и электроника.- 2013.-Т.58. -№ 7,- С. 660-669.

Bubukin, I.T. Measurements of the Reflectivity and Permittivity of Water in the Film Layer of the Sea Surface in the Millimeter Wave Band/ I.T. Bubukin, K.S. Stankevich // Journal of Communications Technology and Electronics.-2013.- V. 58,- No. 7.- P. 673681.

2. Бубукин, И.Т. Дистанционная диагностика пленочного слоя морской поверхности в инфракрасном диапазоне/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Радиотехника и электроника,- 2012,- Т.57. -№10,- С.1089-1098.

Bubukin, I.T. Remote Sensing of a Film Layer of Marine Surface in the IR Spectral Range/ I.T. Bubukin, K.S. Stankevich // Journal of Communications Technology and Electronics.-2012.- V. 57.-N. 10.-P. 1094-1102.

3. Бубукин, И.Т. Радиометрия температурной плёнки морской поверхности / И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Успехи современной радиоэлектроники.- 2006.-№11,- С.39-55.

4. Бубукин, И.Т. Спектральные радиометрические измерения температуры и излучательной способности взволнованной поверхности моря / И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Изв. АН, ФАО,- 2006,- Т.42,- №1,- С.115-125.

5. Бубукин, И.Т. Миллиметровая радиометрия температурной пленки на морской поверхности/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич// Изв. ВУЗов, Радиофизика.- 2003,-Т.46.- №4,- С. 261-267.

6. Бубукин, И.Т. Корреляционные эффекты в тепловом радиоизлучении взволнованной морской поверхности/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич, В.П. Иванов // Радиотехника и электроника.- 2000,- Т.45.- №5.-С.531-538.

7. Бубукин, И.Т. Распространение электромагнитных волн над морской поверхностью при наличии пенообразований / И.Т. Бубукин, Л.П. Коган // Изв. ВУЗов, Радиофизика.-1999,- Т.42.- №5.- С. 438-451.

8. Бубукин, И.Т. Поляризационные исследования флуктуаций СВЧ-излучения морской поверхности/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич, В.П. Иванов, М.И. Агафонов // Радиотехника и электроника.- 1995.- Т.40.-№9.- С.1368-1379.

9. Александрова, Т.В. Изменчивость интегрального влагосодержания атмосферы над тропической Атлантикой / Т.В. Александрова, И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич// Изв. АН, ФАО.-1991.- Т.27,- №2,- С. 151-156.

10. Александрова, Т.В. Сопоставление данных о влагосодержании атмосферы над тропической Атлантикой * по спутниковым и судовым СВЧ радиометрическим измерениям / Т.В. Александрова, А.Б.Аквилонова , И.Т. Бубукин, А.И.Крылова // Исследования Земли из космоса.- 1990.- №2,- С. 49-51.

11. Александрова, Т.В. Радиационно-температурные характеристики морской поверхности по данным измерений в центральной части Атлантического океана/ Т.В. Александрова, Т.Е. Баркан, И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Изв. ВУЗов, Радиофизика.- 1989.- Т.32,- №8.- С.945-951.

12. Александрова, Т.В. Радиационно-ветровые характеристики морской поверхности по данным измерений в центральной части Атлантического океана /

20

T.B. Александрова, И.Т. Бубукин // Изв. ВУЗов, Радиофизика.- 1988,- Т.31.- №9,-С.1133-1136.

13. Бубукин, И.Т. Флуктуации коэффициента усиления антенны при наблюдениях с летательных аппаратов/ И.Т. Бубукин // Радиотехника и электроника,- 1988,- Т.ЗЗ,-№ 17,-С. 1409-1414.

14. Бубукин, И.Т. Исследование яркостной температуры неровной поверхности в приближении Кирхгофа / И.Т. Бубукин, В.П. Докучаев, В.Д. Кротиков // Изв. ВУЗов, Радиофизика.- 1982.- Т.25.- №6,- С.652-656.

15. Бубукин, И.Т. О рассеянии волн в слое с неоднородностями, лежащем над зеркалом / И.Т. Бубукин // Изв. ВУЗов, Радиофизика,- 1979.- Т.22,- №6,- С.728-732.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских, всесоюзных и международных конференциях:

1. Бубукин, И.Т. Газообмен между морем и атмосферой и механизм образования микропузырькового слоя под пленкой поверхностного натяжения морской поверхности по натурным измерениям собственных излучений этих сред в ИК диапазоне и метеоданных/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич// Труды IV Всероссийской научной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике» (III Всероссийские Армандовские чтения), 25-27 июня 2013 г.-: Муром.-2013.- С.39-43.

2. Бубукин, И.Т. Тепловой баланс потоков на границе атмосферы и термической пленки морской поверхности по натурным дистанционным измерениям собственных излучений этих сред в ИК и СВЧ диапазонах/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич// Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред. Материалы V Всероссийской научной конференции (II Всероссийские Армандовские чтения), 26-28 июня 2012 г.-: Муром.- Труды.- С.247-251.

3. Бубукин, И.Т. Влияние микропузырькового воздушного слоя под плёнкой поверхностного натяжения морской поверхности на тепловые потоки в системе морская поверхность - атмосфера по одновременным измерениям собственных излучений этих сред в ИК и СВЧ диапазонах/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Методы и устройства передачи и обработки информации.- 2013. - № 15(15). - С.28-33.

4. Кортюков, И.И. Повышение точности определения скоростей метаемых объектов в доплеровской радиолокации/ И.И. Кортюков, В.В. Страбыкин, C.JI. Штарев, И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Сборник материалов VIII конференции Волжского регионального отделения Российской академии ракетных и артиллерийских наук (РАРАН) г.Саров, 4.06-6.06.2013 г.

5. Гришин, A.B. Результаты применения Вейвлет-анализа при обработке доплеровских радиолокационных сигналов / A.B. Гришин, A.A. Застылов, И.И. Кортюков, В.В. Страбыкин, И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Сборник материалов VIII конференции Волжского регионального отделения Российской академии ракетных и артиллерийских наук (РАРАН) г.Саров, 4.06-6.06.2013 г.

6. Бубукин, И.Т. Структура поверхностной пленки морской поверхности по натурным измерениям в ИК-диапазоне/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Труды XXIII Всероссийской научной конференции по "Распространению радиоволн", Труды конференции, 23-26 мая 2011 г.- :Йошкар-Ола.- С.161-164.

7. Кортюков, И.И. Результаты применения радиофизических средств и методов для дистанционного контроля мелкодисперсных грунтовых образований в следах метаемых объектов/ И.И. Кортюков, В.В. Страбыкин, С.Л. Штарев, И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Сборник материалов VII конференции Волжского регионального центра Ракетно-артиллерийской Российской Академии Наук "Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения", Труды конференции, 1-3 июня 2011 г., Саров.-С.620-628.

8. Бубукин, И.Т. Диэлектрическая проницаемость пленочного слоя морской поверхности по дистанционным измерениям собственных излучений морской поверхности и атмосферы в ИК-диапазоне/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Всероссийская научно-практическая конференция "Космическая радиолокация" (Всероссийские радиофизические научные чтения-конференции памяти Н.А.Арманда), Труды конференции, 28.06-1.07.2010 г.- :Муром,- С.220-222.

9. Бубукин, И.Т. Одновременное определение диэлектрических свойств морской поверхности, ее волнового состояния и температуры воды в скин-слое по дистанционным измерениям собственных излучений морской поверхности и атмосферы в ИК-диапазоне/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич// Всероссийская научно-практическая конференция "Космическая радиолокация" (Всероссийские радиофизические научные чтения-конференции памяти Н.А.Арманда), Труды конференции, 28.06-1.07.2010 г.- ¡Муром,- С.215-219.

10. Бубукин, И.Т. Натурные измерения отражательной способности и диэлектрических свойств пленочного слоя морской поверхности в миллиметровом диапазоне/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Четвертая Всероссийская научная школа и конференция "Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред" 30.06.-3.07.2009 г., г. Муром,- С. 210-213.

11. Страбыкин, В.В. Доплеровский радиолокационный комплекс для исследования быстрых нестационарных процессов в атмосфере/ В.В. Страбыкин, Р.Ю. Анасенков, И.Т. Бубукин // Четвертая Всероссийская научная школа и конференция "Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред" 30.06.-3.07.2009 г., г. Муром.- С. 328-330.

12. Бубукин, И.Т. Натурные измерения отражательной способности пленочного слоя морской поверхности в ИК-диапазоне/ И.Т.Бубукин, К.С. Станкевич// Труды XXII Всероссийской научной конференции Распространение радиоволн 22-26 сентября 2008 г.- :Ростов-на-Дону - n.JIoo.- Труды Т.З.- С. 116-119.

13. Бубукин, И.Т. Суточный ход температуры в термической плёнке морской поверхности по СВЧ радиометрическим измерениям/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Труды XX всероссийской конференции по распространению радиоволн.-:Нижний Новгород,- 2-4 июля 2002 г.- С.374-375.

14. Бубукин, И.Т. Радиофизический метод мониторинга температурных распределений и градиентов температуры на морской поверхности по ее тепловому радиоизлучению/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич, В.П. Иванов// Физические проблемы экологии (экологическая физика). Т.6. Под редакцией В.И. Трухина, Ю.А. Пирогова, К.В. Покизева,- :Москва. физфак МГУ,- 2001.- С.133-140.

15. Бубукин, И.Т. Влияние мелкомасштабного волнения (ряби) и испарения на тепловое радиоизлучение моря по натурным измерениям/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич, В.П. Иванов// Всероссийская научная конференция. Дистанционное

зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами.-:Муром.- 20-22 июня 2001.- Сборник докладов.- С.348-350.

16. Бубукин, И.Т. Ветровая изменчивость температуры в "термической плёнке" морской поверхности/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич, В.П. Иванов// Всероссийская научная конференция. Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами.- гМуром.- 20-22 июня 2001.- Сборник докладов,- С. 351-354.

17. Бубукин, И.Т. Перспективные микроволновые технологии пассивного дистанционного зондирования водной поверхности/ И.Т. Бубукин, К.С. Станкевич // Международный форум по проблемам науки, техники и образования, 8-12 декабря 1997 г., посвященный 850-летию города Москвы, столицы России. Сборник докладов.-: Москва.- 1997.- С.97-100.

18. Bubukin, I.T. The Method of the Local Change of Variable During the Calculations of the Thermal Radioemission Statistical Characteristics of the Rough Sea Surface in Kirghoff s Approximation/ I.T. Bubukin // Proceedings of the International Conference on "Mathematical Methods in Electromagnetic Theory", Institute of Radiophysics and Electronics Ukranian Academy of Sciences.- Kharkov.- 1994,- P.55-58.

19. Бубукин, И.Т. Аналитическая модель для отражённой компоненты яркостной температуры неровной поверхности в приближении Кирхгофа/ И.Т. Бубукин// Труды I Всесоюзной школы-симпозиума по распространению миллиметровых и субмиллиметровых волн в атмосфере (10-17 февраля 1982 г.).- М:Наука.-1983.-С.183-186.

20. Александрова, Т.В. Зависимость яркостной температуры морской поверхности от скорости ветра на углах близких к горизонту/ Т.В. Александрова, Т.Е. Баркан, И.Т. Бубукин // 15 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн, Тезисы докладов.-: Алма-Ата.- 1987.- С.393.

21. Бубукин, И.Т. Флуктуации яркостной температуры поверхности с крупномасштабными неровностями/ И.Т. Бубукин// 15 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн, Программа.-: Алма-Ата.- 1987,- С.27.

22. Александрова, Т.В. Зависимость яркостной температуры морской поверхности от скорости ветра/ Т.В. Александрова, И.Т. Бубукин, А.В. Хрулёв // Всесоюзная конференция по статистическим методам обработки данных дистанционного зондирования окружающей среды, Тезисы докладов.-: Рига.- 1986.- С. 154.

23. Александрова, Т.В. Зависимость яркостной температуры морской поверхности от скорости ветра на углах близких к горизонту/ Т.В. Александрова, Т.Е. Баркан, И.Т. Бубукин // 3 съезд советских океанологов, Тезисы докладов.-: Ленинград.-1987.- С.154.

24. Бубукин, И.Т. Флуктуации коэффициента усиления антенны при наблюдениях с летательных аппаратов/ И.Т. Бубукин // 13 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн, Тезисы докладов.-: Горький.- 1981.- Ч.2.- С.23-26.

Благодарности: Автор выражает искреннюю благодарность доктору физ.-мат. наук, профессору К.С.Станкевичу за постоянное внимание к работе и обсуждение результатов, кандидату физ.-мат. наук В.П.Иванову и сотрудникам отдела №1 ФГБНУ НИРФИ за помощь в проведении натурных измерений.

. О £

/

БУБУКИН Игорь Тимофеевич

РАДИОМЕТРИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛЕНКИ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Подписано в печать 11.03.2014 г. Формат 60x90/16. Бумага писчая. Усл. п. л. 1. Тираж 100. Заказ 5632

Отпечатано в ФГБНУ НИРФИ 603950, г. Нижний Новгород, ул. Б.Печерская, 25/12а