Природно-ресурсные и экологические исследования

1. Разработан новый способ зондирования акватории и подстилающей поверхности. Этот метод, защищенный патентом России (Бункин А.Ф. и Першин С.М., № 98 103 249), позволяет использовать его, как в фундаментальных исследованиях водных резервуаров без контакта с ними , так и в прикладных исследованиях. В частности, была измерена новая константа температурного сдвига статистического центра спектральной полосы комбинационного рассеяния света в воде и водных растворах. С помощью развитого подхода были обнаружены специфические особенности воды в области температур экстремальных значений термодинамических параметров воды , которые впервые были интерпретированы как фазовые переходы второго рода. Прикладной аспект этого метода более очевиден. Он позволяет измерять и производить картирование температурных полей водных акваторий и океанов с подвижных платформ.

Авторы : Першин С.М. и др., д.ф.-м.н. (ИКИ РАН), тел.333-32-01, spershin@mx.iki.rssi.ru а) Bunkin A.F., Lyakhov G.A., Suyazov N.V. & S.M.Pershin, "Sequence of water thermodynamic singularities in Raman spectra", 2000, J. Ram. Spectr., v.31, pp.857-861. б) Bunkin A.F., Gomankov A.V., Kolesnikov M.P., Pershin S.M. & A.A.Podshivalov "LASER REMOTE SENSING AS A METHOD FOR DIAGNOSTICS OF GEOLOGICAL SEDIMENTS", 2000, Phys.of Vibr. v.8, No 1, pp.65-71. в) Pesrhin S., Tabares R. & R.Nunes, "Depth Profile Correction in Multilayered Materials Drilled by Laser Pulses", 2000, Proceedings of the First International Conference on Laser Induced Plasma Spectroscopy and Applications, Tirrenia, Pisa, 8-12 Oct. 2000, Italy, p.36.

2. Собрана, классифицирована и обобщена детальная информация о хронологических, гидро-метеорологических и кинематических характеристиках крупномасштабных тропических возмущений на всей акватории Мирового океана за период 1983-1998 гг. Рассмотрены причины недостаточной полноты информации в существующих базах данных тропического циклогене-за, особенно по отношению к первичным формам тропических форм. Подробно описана методика предварительной и первичной обработки информации, поступающей по каналам Internet. В табличной форме представлены результаты первичной обработки информации тропического циклогенеза как единого стохастического потока событий первичных и зрелых форм в каждой активной акватории Мирового океана. В набор характеристик за срок наблюдения эволюции тропической системы входят: максимальная стадия развития, дата возникновения и разрушения тропической системы, координаты возникновения системы, минимальное давление, максимальная сила ветра, характер разрушения (трансформации). Подобного вида детальный хронологический каталог глобального тропического циклогенеза публикуется впервые. Представленные в каталоге данные о глобальном и региональных тропических цикло-генезах и результаты первичной обработки могут быть с успехом использованы для иссле-дования проблемы изменений глобального климата, солнечно-земных связей, а также в задачах исследования условий возникновения кризисных ситуаций, включая вопросы предсказания экологически опасных атмосферных катастроф.

Руководитель - д.ф.м.н. Е.А.Шарков (ИКИ РАН), тел.333-13-66, e-mail: esharkov@mx.iki.rssi.ru Покровская И.В., Шарков Е.А. Тропические циклоны и тропические возмущения Мирового Океана: хронология и эволюция. Версия 1.1. (1983-1999). Полиграф-сервис, Москва, 2000, 550 стр.

3. В соответствии с условиями гранта РФФИ №00-02-31018, выданного в развитие инициативных грантов №№ 00-02-16547 и 0-02-16217,а также согласно договору между ИКИ РАН и ВлГУ, заключенного в рамках программы "Интеграция ", и договору №11204/16-009 от11.01.2000 г. между ИКИ РАН и ЮО РАН на базе Южного Отделения ИО РАН отделом 63 проводились комплексные радиогидрофизические исследования состояния морской поверхности и пограничного слоя. В ходе натурных экспериментов на Черном море (сентябрь 2000г.):

• обнаружены микроволновые (радиолокационные и радиотепловые) поверхностные проявления потоков газа при имитации повреждения подводного газопровода, при этом радиотепловые контрасты могут достигать величин 15-17К, а радиолокационные изображения обнаружили поляризационную зависимость. Эти результат позволяют рассматривать микроволновые радиометрические методы зондирования как эффективное средство обнаружения техногенных катастроф, связанных с повреждением подводных газопроводов.
• проведены СВЧ поляризационные радиометрические измерения, параметров Стокса собственного радиоизлучения возмущаемой дождем морской поверхности. Полученные данные позволили, разделив вклад в суммарное радиоизлучение системы " слой дождя-морская поверхность" собственного радиоизлучения дождя и возмущаемой им поверхности моря, оценить как параметры дождя ( размер капель, интенсивность дождя ), так и состояние морской поверхности
• проведены исследования особенностей радиолокационных изображении моря в условиях различной бальности волнения, при наличие обрушений, при различных направлениях ветра. Особенность радиолокационных измерений в настоящем эксперименте заключалась в использовании при обзоре морской поверхности двух независимых антенн, работающих на вертикальной и горизонтальной поляризациях. Это позволило провести взаимную обработку радиоизображений одних и тех же участков морской поверхности, полученных на различных поляризацих, что дает возможность получать информацию о различных физических механизмах, вызывающих модуляцию сигнала, рассеянного морской поверхностью.

4. За прошедший год была выполнена работа по исследованию диэлектрических свойств связанной воды в почвах на основе имеющейся базы экспериментальных данных комплексной диэлектрической проницаемости почв при различных влажностях, в диапазоне частот от 0.5 ГГц до 4 ГГц, предоставленной Алтайским Государственным Университетом. Выполнены следующие этапы работы:

1. обработаны и систематизированы экспериментальные данные;
2. проведен расчет действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости влажной почвы по разработанной ранее модели, с учетом известных физико-механических и структурных параметров почвы;
3. построены модельные зависимости действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости влажной почвы от объемной влажности почвы, при постоянной частоте излучения.

(Боярский Д.А., с.н.с., к.ф.-м.н., 333-31-00, Dmitri.Boyarskii@asp.iki.rssi.ru; Boyarskii D.A., Tikhonov V.V. "The Influence of Stratigraphy on Microwave Radiation from Natural Snow Cover." 2000, J. of Electromagnetic Waves and Applications, v.14, p. 1265-1285).

5. Получены новые результаты, направленные на развитие методов обнаружения и интерпретации океанических и атмосферных явлений по их проявлениям радиолокационных изображениях полученных с авиационных и космических носителей. Экспериментальной основой работ послужили изображения морской поверхности, полученные с помощью радиолокаторов с синтезированной апертурой, установленных на европейских спутниках ERS-1,2, предоставленные европейским космическим агентством в рамках гранта АО3-224 "Investigation of perturbing action of atmospheric and internal oceanic processes on the waved sea surface using ocean remote sensing data" и АО3-451 "Monitoring of the Bering Strait using ERS remote sensing data". Кроме того, использовались данные радиолокационного зондирования морской поверхности, полученные с авиационных носителей в ходе предыдущих экспериментов ИКИ в различных районах Мирового Океана.

(к.ф.-м.н. М.И. Митягина, 333-50-78, mityag@mx.iki.rssi.ru, M. Mityagina, O. Lavrova, T. Bocharova, V. Pungin Detection of Convection Regime in Atmosphere Boundary Layer by Radar Imagery of Sea Surface // CERSAT News, 2000, No 8)

7. Проведен детальный анализ радиолокационных образов внутренних волн в приводной атмосфере, возникающих при обтекании гор на островах в Северо-западной части Тихого океана. Восстановлены параметры подветренных структур и исследована их связь со скоростью набегающего потока, стратификацией среды и морфометрией препятствия. Проведены численные расчеты на основе трехслойной модели атмосферы применительно к условиям натурных наблюдений.

(к.ф.-м.н. М.И. Митягина, 333-50-78, mityag@mx.iki.rssi.ru, Lavrova O. Yu., M. I. Mityagina "Detection and interpretation of oceanic and atmospheric signatures in spaceborne radar imagery of the North-Western Pacific", ERS-ENVISAT Symposium, Gothenburg, Sweden, 16-20 October 2000)

8. Показано, что двумерные корреляционные функции радиолокационных изображений одновременно полученных при вертикальной и горизонтальной поляризациях зондирующего сигнала, являются простым и достоверным количественным критерием различения ситуаций устойчивой и неустойчивой стратификации пограничного слоя океан-атмосфера.

(к.ф.-м.н. М.И. Митягина, 333-50-78, mityag@mx.iki.rssi.ru, M.I. Mityagina, V.G. Pungin, O.Yu. Lavrova , Ocean Surface Radar Imagery For The Estimation Of Intensity Of Atmospheric Motions In The Mabl //Pacific Ocean Remote Sensing Conference PORSEC'2000, Goa, India, 5-8 December, 2000).

9. Проведено экспериментальное исследование пространственно-временной структуры и динамики волн, вихрей и вихревых дорожек, образующихся в океане при обтекании малых островов, мысов, скал и подводных порогов течениями. Выделены и количественно описаны основные зависимости между пространственными и динамическими характеристиками этих явлений и скоростью набегающего потока, стратификацией среды и морфометрией препятствия. Разработаны методики и алгоритмы восстановления гидродинамических параметров структур, порожденных обтеканием природных препятствий по их проявлениям на радиолокационных изображениях, полученных из космоса

(с.н.с., к.ф.-м.н. Лаврова О.Ю., 333-4256, olavrova@mx.iki.rssi.ru; Lavrova O.Yu., Sabinin K.D. "Manifestations of sea currents and eddies in ERS-SAR images of the Bering Strait", ERS-ENVISAT Symposium, Gothenburg, Sweden, 16-20 October 2000).

10.Проведен сравнительный анализ полей внутренних волн над континентальным склоном в Северо-западной части Тихого океана и в Атлантическом океане в районе Нью-йоркского залива. Показано значительное различие исследуемых полей как в источниках генерации внутренних волн, так и в направлении распространения. Основное внимание было уделено различным эффектам нелинейного взаимодействия наблюдаемых пакетов. Проанализированы три типа взаимодействий пакетов внутренних волн. Показано, что результат взаимодействия двух цугов внутренних волн, зависит от следующих "начальных условий": от параметров пакетов до взаимодействия и угла между ними. Проведено сравнение полученных результатов с современными теоретическими решениями данной проблемы.

(с.н.с., к.ф.-м.н. Лаврова О.Ю., 333-4256, olavrova@mx.iki.rssi.ru; Lavrova O.Yu., Sabinin K.D. "Comparative analysis of the internal wave fields at continental margins in the north-western Pacific and Atlantic oceans based on the remote sensing data", Pacific Ocean Remote Sensing Conference (PORSEC'2000), Goa, India, 5-8 December, 2000).

11. В ходе совместной работы с Льежским космическим Центром (Бельгия) проведено лабораторное моделирование комбинированного цифро-оптического процессора быстрого просмотра для радиолокаторов с синтезированной апертурой. Основным элементом процессора является современный жидкокристаллический модулятор света, используемый для представления радиоголограммы. Когерентная обработка осуществляется средствами астигматической оптики, а регистрация изображения - с помощью цифровой камеры на ПЗС. Достигнуто качество изображения, сопоставимое (в режиме быстрого просмотра) с качеством, даваемым штатной цифровой обработкой. Работа проводилась в рамках гранта INTAS № 96-810. В ходе совместной работы с ВНИРО проведено обобщение многолетних данных дистанционного и контактного зондирования рыбопромысловых районов Норвежского и Охотского морей. Цель работы - создание на базе ГИС электронного атласа явлений, играющих определяющую роль в формировании распределения рыбных ресурсов, а именно, мезомасштабных течений, фронтов и вихревых структур. Создана первая версия Атласа.

(К.ф.-м.н. К.Ц. Литовченко, 333-42-56; kostya.litovchenko@asp.iki.rssi.ru)

12. В 2000 г. в отделе 63 продолжались работы по проблеме использования космических методов контроля состояния экосистем. Бурное развитие глобальной компьютерной сети Интернет и разработка передовых информационных технологий открыли новый этап развития космического геоэкологического мониторинга территории России. Особенностью современного этапа является модернизация процедуры космического экологичекого мониторинга, связанная с развитием наземной инфраструктуры мониторинга и разработкой сетевой среды. Были исследованы различные аспекты космических методов контроля экосистем и спутниковой системы геоэкологического мониторинга территории России. Модернизация процедуры космического экологического мониторинга связана не только с развитием наземной инфраструктуры мониторинга, но и с сетевой "экспансией", бурным вторжением ИНТЕРНЕТ-технологий в программы экологических и природо-ресурсных исследований методами дистанционного зондирования Земли. Показано, что в процедуре геоэкологического мониторинга на современном этапе центральное место занимают проблемы создания национальных информационных ресурсов по экологическим и природо-ресурсным программам на основе методов исследования Земли из космоса. Выполнен анализ влияния сетевой среды и передовых информационных технологий на структуру электронной коллекции данных дистанционного зондирования. Показано, что учет этих факторов приводит к существенным изменениям самой инфраструктуры архивации и обмена данными геоэкологического мониторинга для возможно большего круга внешних пользователей. Подробно рассмотрены проблемы радикальной трансформации архива данных дистанционного зондирования в условиях интенсивного роста объема архивируемой информации. Показано, что электронный архив геоэкологического мониторинга является цифровой библиотекой спутниковых данных. Архив мониторинга принципиально общедоступен и ориентирован на максимально широкое использование электронной коллекции. Использование гипертекстовых и интерактивных технологий приводит к тому, что статус архивных материалов совпадает со статусом текущих данных. Сокращается интервал между архивированием и доступом пользователя к данным. Архив мониторинга превратился в электронную коллекцию, максимально приближенную к моменту контроля экологических условий региона. Рассматриваются результаты по проекту интеграции данных геоэкологического мониторинга территории России в мировую систему информационных ресурсов исследования Земли из космоса.

(к.т.н. Кудашев Е.Б., тел.: 333-1234, eco@iki.rssi.ru; Мясников В.П., Арманд Н.А, Кравцов Ю.А., Кудашев Е.Б., Раев М.Д., Саворский В.П., Смирнов M.T., Сюнтеренко О.В., Тищенко Ю.Г. Информационные технологии и информационные ресурсы космического экологического мониторинга. // Вестник РФФИ. 2000. № 2 (20). С.30- 37; Арманд Н.А., Кравцов Ю.А., Кудашев Е.Б., Мясников В.П.,Раев М.Д., Саворский В.П., Смирнов M.T, Тищенко Ю.Г. ИНТЕРНЕТ и проблемы космического экомониторинга территории России. // Инженерная Экология. 2000. № 5. С. 2- 19; В. Кудлип, Кравцов Ю.А., Кудашев Е.Б., Мясников В.П., Раев М.Д., Сюнтеренко O.В, Арманд Н.A., Саворский В.П., Смирнов M.T, Тищенко Ю.Г. Российско-британский спутниковый экологический мониторинг на основе Web- и Интернет-технологий. // Информационное Общество. 2000. № 2. С. 59- 64).

13. Цикл работ работ по дистанционному зондированию атмосферы , на основании которых был разработан микролидар ИКИ РАН для проекта Марс Ландер. В представленных работах больше внимание было уделено разработке нового способа зондирования акватории и подстилающей поверхности. Этот метод, который защищен патен-том России (Бункин А.Ф. и Першин С.М., № 98 103 249), позволяет использовать его, как в фундаментальных исследования водных резервуаров без контакта с ними , так и в прикладных исследованиях. В частности, была измерена новая константа температурного сдвига статис-тического центра спектральной полосы комбинационного рассеяния света в воде и водных растворах. С помощью развитого подхода были обнаружены специфические особенности воды в области температур экстремальных значений термодинамических параметров воды , которые впервые были интерпретированы как фазовые переходы второго рода. Прикладной аспект этого метода более очевиден. Он позволяет измерять и производить картирование температурных полей водных акваторий и океанов с подвижных платформ.

Авторы : Першин С.М. и др., д.ф.-м.н. (ИКИ РАН), тел.333-32-01, spershin@mx.iki.rssi.ru а) Bunkin A.F., Lyakhov G.A., Suyazov N.V. & S.M.Pershin, "Sequence of water thermodynamic singularities in Raman spectra", 2000, J. Ram. Spectr., v.31, pp.857-861. б) Bunkin A.F., Gomankov A.V., Kolesnikov M.P., Pershin S.M. & A.A.Podshivalov "LASER REMOTE SENSING AS A METHOD FOR DIAGNOSTICS OF GEOLOGICAL SEDIMENTS", 2000, Phys.of Vibr. v.8, No 1, pp.65-71. в) Pesrhin S., Tabares R. & R.Nunes, "Depth Profile Correction in Multilayered Materials Drilled by Laser Pulses", 2000, Proceedings of the First International Conference on Laser Induced Plasma Spectroscopy and Applications, Tirrenia, Pisa, 8-12 Oct. 2000, Italy, p.36.

14. Собрана, классифицирована и обобщена детальная информация о хронологических, гидро-метеорологических и кинематических характеристиках крупномасштабных тропических воз-мущений на всей акватории Мирового океана за период 1983-1998 гг. Рассмотрены причины недостаточной полноты информации в существующих базах данных тропического циклогене-за, особенно по отношению к первичным формам тропических форм. Подробно описана мето-дика предварительной и первичной обработки информации, поступающей по каналам Internet. В табличной форме представлены результаты первичной обработки информации тропического циклогенеза как единого стохастического потока событий первичных и зрелых форм в каждой активной акватории Мирового океана. В набор характеристик за срок наблюдения эволюции тропической системы входят: максимальная стадия развития, дата возникновения и разрушения тропической системы, координаты возникновения системы, минимальное давление, максималь-ная сила ветра, характер разрушения (трансформации). Подобного вида детальный хроно-логический каталог глобального тропического циклогенеза публикуется впервые. Представленные в каталоге данные о глобальном и региональных тропических цикло-генезах и результаты первичной обработки могут быть с успехом использованы для иссле-дования проблемы изменений глобального климата, солнечно-земных связей, а также в задачах исследования условий возникновения кризисных ситуаций, включая вопросы предсказания экологически опасных атмосферных катастроф.

Руководитель - д.ф.м.н. Е.А.Шарков (ИКИ РАН), тел.333-13-66, e-mail: esharkov@mx.iki.rssi.ru Покровская И.В., Шарков Е.А. Тропические циклоны и тропические возмущения Мирового Океана: хронология и эволюция. Версия 1.1. (1983-1999). Полиграф-сервис, Москва, 2000, 550 стр.

15. Развит метод измерения содержания радиационно-активных газовых компонент в атмосфере по спутниковым надирным и наклонным измерениям. Проведен анализ наземных измерений на гоизонтальных и наклонных трассах. Апробирован способ выделения оптической толщи газовых компонент из суммарной толщи газового и аэрозольного ослабления. Проведено моделирование спектральной структуры собственного излучения системы "поверхность-атмосфера" в полосах радиационно-активных газовых компонент CO2, H2O, N2O, CH4 с разрешением 0,1- 0,5 см-1. На основе решения уравнения переноса выделены спектральные области, наиболее информативные для измерения содержания газовых компонент- для метана- 1332-1334 см-1, для N2O- 1276-1280 и 1300-1302 см-1. Определение содержания этих компонент с точностью 10% обусловлено уровнем ошибки измерений не хуже 0,1 мвт/см2 ср см-1 при отношении сигнал/шум 103.

16. Разработан проект спектрометра для измерения высотной структуры указанных газовых компонент для проведения лимбовых измерений. В рамках НИР "Зонд-Фурье-2" совместно с Центром Келдыша определены измерительные характеристики и разработана оптическая схема фурье-спектрометра со спектральным разрешением 0,02-0,03 см-1. Подготовлен совместный отчет "Исследование и разработка методов и средств повышения измерительных и эксплуатационных характеристик фурье-спектрометра для экологического контроля и метеорологического мониторинга". Шифр темы-"Зонд-фурье2". М., 2000 г.

Руководитель -к. ф.-м.н. Городецкий А.К., 333-32-12, gora @ iki.rssi.ru

17. Проведен анализ технических средств и методов измерения концентрации вредных выбросов. Обоснованы методика и спектрометрический комплекс для рабочей станции с применением хроматографии и спектрометрии в ультрафиолетовом и видимом диапазоне спектра для количественного анализа.

Руководитель -к. ф.-м.н. Городецкий А.К., 333-32-12, gora @ iki.rssi.ru Gorodetsky A.K. "The experimental research of the continuum and aerosol components of infra-red radiation extinction in the atmosphere". Current problems in atmospheric radiation. International radiation symposium. Abstracts. St-Peterburg, July 24-29, 2000, p. 270-271.

18. Для контроля геофизической и экологической обстановки разработаны предложения по проекту использования существующих и предлагаемых средств бортового базирования с применением пассивных методов приема для повышения эффективности ДЗЗ. Дается проект развития наземных средств приема и обработки данных. Рассмотрены методы обнаружения объектов на фоне помех. Предложены наземные лидарные средства и методы контроля газовой и аэрозольной фазы в атмосфере. Рассмотрены лидарные средства в диапазоне 0,27-3,9 мкм.

Научный рук.: к. ф.-м. н. Н.А. Князев (333-51-66, nknyazev@iki.rssi.ru). Выпущен отчет: Князев Н.А., Орлов В.М., Белов М.Л., Мазуров А.А., Лупян Е.А. "Разработка алгоритмов обнаружения и измерения параметров объектов на фоне помех естественного происхождения по результатам их моднлирования" М., Институт ДИОС, ИКИ РАН, март 2000 г., 84 с. Высланы тезисы доклада. Knyazev N. A. , Masnichko A. A., Palatov Y. A. et al. "Ground lidar for remote sensing CW agents". Abstract of report. 7 th Pritection Symposium, Stockholm, June 2001 (in press)