СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ШТОРМА В ОКЕАНЕ СО СПУТНИКА
METHOD FOR DETECTING STORM IN THE OCEAN FROM A SATELLITE

Предлагаемое изобретение относится к метеорологии, к определению погоды в океане.
Известен способ определения параметров состояния приповерхностного слоя океана со спутника, заключающийся в посылке с его антенны микроволнового излучения и анализе отраженного от поверхности океана сигнала [1]. Данный способ основан на очень сложной обработке отраженного сигнала.
Известен способ определения параметров крупномасштабного волнения водной поверхности океана, также заключающийся в посылке узконаправленного излучения и в исследовании формы отраженного сигнала [2]. Известный способ также сложен в практическом осуществлении.
Целью предлагаемого изобретения является создание максимально простого и надежного способа обнаружения штормовой погоды в океане в реальном масштабе времени.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения крупномасштабного волнения водной поверхности, заключающемся в облучении поверхности океана микроволновым (оптическим) диапазоном излучения и принятии отраженного сигнала, площадь наличия шторма определяют путем посылки импульсов лазеров с длинной волны: 0.72; 0,82; 0,93; 1,13 микрометров, а также импульсов всего видимого диапазона, на водную поверхность и сравнивают мощность (амплитуду) видимого отраженного света с мощностью (амплитудой) отраженных узкополосных лазерных импульсов.
Для более ясного понимания поставленной задачи необходимо вернуться к определению шторма в океане. Обычно, штормом в океане называют волнение больше 6-ти баллов. Такое волнение возникает при скорости ветра более 10 м/сек, а высота волн достигает 3,5 м. Собственно шторм - это результат взаимодействия ветра с поверхностью воды. Как понятно, это взаимодействие происходит и при более низких скоростях, да и волны при этом более мелкие. Но вот эти мелкие волны и увеличивают долю энергии, передаваемой ветром воде, почему высота волн со скоростью ветра растет.
Следует заметить, что разрушение поверхности воды начинается даже без ветра и вызвано оно общеизвестным отрывом молекул воды (переходом ее паров) в воздух. Перемещение воздуха (газа) над поверхностью воды значительнейшим образом увеличивает образование пара над поверхностью воды. Не вдаваясь в математическое описание процесса, можно с полным основанием заявить, что над штормовыми областями океана толщина парового слоя и концентрация пара в нем значительно выше, чем над спокойным океаном. Теперь можно перейти к изложению собственно способа.
Возможность практической реализации
На спутнике устанавливаются четыре лазера с длинами волн 0,72; 0,82; 0,93; 1.13 микрон. Как показывают исследования, именно на этих волнах, в ближней инфракрасной области, происходит максимальное затухание, вызванное парами воды. Лазерные лучи, прежде чем вернуться к приемнику оптического излучения, установленного на спутнике (он может быть один), отразившись от поверхности океана, два раза пройдут через поглощающий слой паров воды, увеличив надежность выявления спектральных провалов в отраженных сигналах.
Одновременно с узкополосными лазерными импульсами на поверхность океана направляют широкополосный белый свет, который также отражается, и физические условия его отражения идентичны условиям отражения узкополосных импульсов. Сравнение мощности отраженного белого цвета с мощностями отраженных узкополосных сигналов и позволяет выявить штормовые зоны в океане.
Понятно, что на поверхности воды диаметр лазерных пятен должен быть больше, чем длина штормовых волн, т.е. достигать, по меньшей мере, километра. Последовательность работы лазеров со спутника не принципиальна, т.к. скорость изменения погодных условий бесконечно больше длительности лазерных импульсов и частоты их повторений. Возможно использование перестраиваемых лазеров. О наличии необходимых элементов обработки сигналов, оптики и пр. на спутнике в тексте опущено, в целях его сокращения.
Таким образом, предлагаемый способ значительно упрощает задачу определения штормовых зон в океане по сравнению с известными техническими решениями, т.к. основан только на мощностной составляющей сигнала и не требует фазовой, частотной и других скоростных его обработок. Заявленные отличия непосредственно связаны с поставленной целью изобретения.
Источники информации
1. Патент России №2235344.
2. Патент России №2501037.