Природно-ресурсные и экологические исследования

Природно-ресурсные и экологические исследования В развитие инициативных проектов РФФИ №№ 01-02- 16547, 01-02-16174 и гранта РФФИ на проведение экспедиции № 01-02-31018, а также согласно договору № 780/1 от 14 мая 2001 г. между ИКИ РАН и ЮО РАН на базе Южного Отделения ИО РАН проводились комплексные радиогидрофизические исследования состояния морской поверхности, возмущаемой подводными источниками газа
( научный руководитель к.ф.-м.н. Булатов М.Г., 333-35-33, bulatov@asp.iki.rssi.ru).
В исследованиях принимали участие группа сотрудников ИФА РАН и студенты МФТИ ( научный руководитель к.ф.-м.н. И.А. Репина).
К работам, согласно договору между ИКИ РАН и ВлГУ, заключенному в рамках Федеральной программы "Интеграция", привлекались также студенты Владимирского Государственного Университета. Исследования радиофизических характеристик сопровождались также акустическими измерениями, которые велись сотрудниками Государственного научного центра "Акустический институт им. акад. Н.Н. Андреева " под руководством к.ф.-м.н. А.В. Фурдуева.
Были выполнены следующие работы:

1) Исследование поляризационных характеристик собственного СВЧ излучения морской поверхности при настильных углах зондирования в зависимости от направления и скорости приводного ветра.
2) Исследование параметров Стокса собственного СВЧ излучения системы "море-слой дождя".
3) Исследование радиолокационных изображений волновых структур на поверхности моря в зависимости от скорости и направления приводного ветра;
4) Исследование методами СВЧ и ИК радиометрии и СВЧ радиолокации возмущений морской поверхности, создаваемых подводными источниками газа.
5) Исследование возможности регистрации современными методами подводной акустики струи газовых пузырьков, испускаемых подводным источником.

В результате этих исследований получено:

1) Измерения радиояркостной температуры в СВЧ диапазоне еще раз подтвердили наличие больших радиотепловых контрастов (15-20К), связанных с выходом газовых пузырьков на поверхность моря. В экспериментах этого года было установлено, что большие контрасты наблюдаются не только в штилевых условиях, но и при волнении, достигающем 2-3 балла.
2) Измерения собственного излучения морской поверхности, возмущаемой подводной струей газовых пузырьков, выполненные впервые в ИК диапазоне с помощью термографа высокого разрешения, позволили получить картину распределения температуры в области возмущения и на ее основе проанализировать пространственные характеристики волновых и дискретных структур, возникающих при выходе на поверхность газовых пузырьков.
3) Измерения обратного рассеяния морской поверхности, возмущаемой подводной струей газовых пузырьков, в СВЧ диапазоне электромагнитных волн, выполненные с помощью двухполяризационного допплеровского скаттерометра, показали, что обратное рассеяния морской поверхности в области возмущения на 1-1.5 порядка превосходит среднее значение сечения обратного рассеяния вне зоны возмущения.
4) Изображения морской поверхности, полученные с помощью цифровой камеры, позволяют определить размеры различных образований, возникающих на поверхности при разрушении газовых пузырьков, а также провести анализ статистических характеристик множества дискретных и волновых структур
5) Полученные в результате подводной фотосъемки изображения всплывающего потока газовых пузырьков позволяет оценить распределение пузырьков по размерам в относительных величинах, которое может быть использовано при моделировании процесса формирования поверхностного возмущения.
6) Результаты измерений допплеровских спектров рассеянных сигналов на вертикальной и горизонтальной поляризациях, выполненные в широком диапазоне углов зондирования и сопровождаемые контактными волнографическими измерениями, позволяют уточнить существующие модели рассеяния электромагнитных волн при настильных углах.
7) Проведены исследования поляризационных и угловых характеристик сигналов собственного и рассеянного радиоизлучения морской поверхности, возмущаемой дождем различной интенсивности. Показано, что совместное использование радиометрии и активной скаттерометрии в настоящем эксперименте показывает разделить влияние облачности, дождя и ветра на микроволновые измерения морской поверхности.
(зав. лаб. к.ф.-м.н. Булатов М.Г. 333-3533, bulatov@asp.iki.rssi.ru;
Булатов М.Г., Кравцов, Ю.А., Литовченко К.Ц., Пунгин В.Г., Раев М.Д., Сабинин К.Д., Скворцов Е.И. Собственное и рассеянное излучение морской поверхности, возмущаемой потоком газовых пузырьков, ДАН, т.380, №6, стр. 1-4, 2001; Булатов М.Г., Раев М.Д., Скворцов Е.И. Влияние дождя на поляризационные характеристики микроволнового излучения морской поверхности. Успехи современной радиоэлектроники, №11. cтр. 46-52, 2001)
8).Проведены исследования влияния поверхностных волн на радиотепловое излучение морской поверхности. При этом длины волн 0.5; 0.8 и 1.5 см использовались для произвольной ориентации приводной скорости ветра и произвольного угла наблюдения. Длины волн 8, 18, 27 см использовались для фиксированного угла наблюдения - 60 градусов.
(Зав. лаб. Ю.Г.Трохимовский, тел.:333-43-02, ytrokh@mx.iki.rssi.ru;
Pospelov, M., A.Kuzmin, A.Medvedev, I.Sadovsky, M.Smirnov, Yu.Tishchenko, Yu.Trokhimovski "Microwave radiometric measurements of waved sea surface carried out from a pier" // Specialist Meeting on Microwave Remote Sensing, Abstracts, 5-9 November, 2001, Boulder, CO, USA, p.185, 2001.)
9).Проведены исследования радиотеплового излучения водной поверхности для произвольного угла наблюдения и произвольного азимутального угла. Проведены расчеты радиояркости поверхности для двух углов наблюдения.
(Зав. лаб. Ю.Г.Трохимовский, тел.:333-43-02,
Pospelov, M.N., A.V.Kuzmin, P.Pampaloni, E.Santi, M.T.Smirnov, Y.G.Tishchenko, Y.G.Trokhimovski "Azimuthal and Polarization Parameters of the Sea-Surface Microwave Emission Measured from a Pier". Proc. International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS'01), 9-13 July, 2001, Sydney, Australia.)

Продолжены работы, направленные на развитие методов обнаружения и интерпретации океанических и атмосферных явлений по их проявлениям на радиолокационных изображениях, полученных с авиационных и космических носителей. 1. На основе двухполяризационных радиолокционных изображений короткого сантиметрового диапазона при скользящих углах рассеяния проведено исследование явления генерации внутренних волн в атмосфере над океаном вдали от береговой линии. Установлено, что при определенном вертикальном распределении частоты плавучести и скорости ветра формируется приповерхностный волновод и рассмотрена модель волны, распространяющейся в волноводе. Показано, что компактный источник возмущений в данном случае может быть локализован в точке пересечения двух интенсивных внутренних волн в океане.
(к.ф.-м.н. М.И. Митягина, 333-50-78, mityag@mx.iki.rssi.ru,
М.И. Митягина, Т.Ю. Бочарова, В.Г. Пунгин, В.В. Яковлев, Внутренние гравитационные волны в океане и атмосфере: возмущающее воздействие на морскую поверхность по данным самолетной радиолокации. Труды Всероссийской научной конференции "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами", стр. 272-276, 2001)

2. Проведено исследование по восстановлению параметров морских течений на основе спутниковых радиолокационных изображений. На радиолокационных изображениях поля течений выявляются косвенным образом, по их влияниям на поверхностные, внутренние, "подветренные" волны и т. п. В частности пространственные характеристики вихревых структур, возникающих в океане за природными препятствиями зависят от скорости набегающего потока. Анализ данных, полученных с помощью радиолокатора с синтезированной апертурой, установленного на борту европейского космического аппарата ERS-2, позволил оценить скорость и направление среднего течения в Беринговом проливе по поверхностным проявлениям дорожек Кармана за мелкими островами.
(к.ф.-м.н. О.Ю. Лаврова 333-42-56, olavrova@mx.iki.rssi.ru,
О.Ю. Лаврова, К.Д. Сабинин, Т.Ю. Бочарова. Наблюдение вихревых структур за природными препятствиями в океане радиолокационными методами. Труды Всероссийской научной конференции "Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами", стр.283-287, 2001). 3. Совместно с Институтом дистанционного зондирования океана Морского Университета г. Циндао (Китай) путем совместного анализа спутниковых и контактных данных проведено исследование радиолокационных сигнатур границы течения Куросио в Восточно-Китайском море на изображениях РСА RADARSAT и ERS-2. Установлено, что измеренные радиолокационные контрасты на границе течения в условиях сильного ветра связаны со трансформацией сантиметровых волн на переменном течении в зоне конвергенции.
(К.ф.-м.н. К.Ц. Литовченко, 333-42-56; kostya.litovchenko@asp.iki.rssi.ru
Подготовлена статья в журнал Journal of Geophysical Research.)

4. Совместно с Институтом дистанционного зондирования океана Морского Университета г. Циндао (Китай) путем анализа радиолокационных изображений РСА RADARSAT и ERS-2 проведено исследование и оценка масштабов нефтяных загрязнений в районе нефтяных месторождений в Желтом море. Установлены основные источники загрязнений и показаны преимущества РСА с увеличенной шириной полосы 300 км (RADARSAT) перед ERS-2.
(К.ф.-м.н. К.Ц. Литовченко, 333-42-56; kostya.litovchenko@asp.iki.rssi.ru
Подготовлена статья в журнал International Journal of Remote Sensing.)

Проведено исследование диэлектрических свойств связанной воды в различных составляющих грунта (CaCl₂, CaCO₃, MgCo₃, MgSO₄, Na₂SO₄, Na₂CO₃, каолинит, монтмориллонит, гипс) при различных влажностях, в диапазоне частот от 0.5 ГГц до 4 ГГц. Экспериментальные данные предоставлены Алтайским Государственным Университетом. Выполнены следующие этапы работы:

1. Проведен расчет действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости влажной среды по разработанной ранее модели, с учетом известных физико-механических и структурных параметров среды;
2. Построены модельные зависимости действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемости влажных сред от объемной влажности, при постоянной частоте излучения.
3. Смоделировано и объяснено наличие области переходной влажности на графиках зависимости диэлектрической проницаемости исследуемой среды от объемной влажности.

В двухпотоковом приближении теории переноса излучения созданы модели излучательной способности влажного снежного покрова с учетом его физических и структурных параметров. При учете влияния пространственного распределения водной компоненты модели позволяют:

описать количественно экспериментальные зависимости радиояркостной температуры снега от его влажности, структуры и стратиграфии до частот 150 ГГЦ;

согласовать результаты контактных гляциологических измерений параметров реального снега с результатами радиометрических измерений частотного спектра собственного излучения.

Решена задача дистанционного зондирования снежного покрова, т.е. регистрация его электромагнитного излучения и восстановление его характеристик из радиофизических данных. С помощью разработанных моделей излучательной способности снежного покрова удалось определить распределение жидкой компоненты в снегу при различных влажностях, а также ее вклад в излучательную способность снежного покрова на различных частотах излучения.
( Боярский Д.А., с.н.с., к.ф.-м.н., 333-31-00, Dmitri.Boyarskii@asp.iki.rssi.ru;
Tikhonov V.V., Boyarskii D.A., Komarova N.Yu. Model of Dielectric Constant of Bound Water in Soil for Applications of Microwave Remote Sensing. // .// J. of Electromagnetic Waves and Applications, 2001.)

В рамках гранта INTAS № 96-810 завершена совместная работа с Льежским космическим Центром (Бельгия) по созданию лабораторного прототипа 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.
(К.ф.-м.н. К.Ц. Литовченко, 333-42-56; kostya.litovchenko@asp.iki.rssi.ru .
Подготовлена статья в журнал Optical Engineering. )

С целью усовершенствования метода контроля содержания радиационно-активных газовых компонент в атмосфере по спутниковым измерениям уходящего излучения в области спектра 6-15 мкм проведен анализ точности решения от спектрального разрешения в диапазоне 0.1- 1 см -1 и ошибок измерений. Работа проведена для методического обеспечения применения Фурье-спектрометра на спутнике "Метеор-М". На основе функций пропускания, рассчитанных полинейным методом, получено, что для достижения приемлемой точности 5-10 % для водяного пара и метана существенно обеспечение аппаратурного разрешения не хуже 0,2- 0,3 см -1 . Расчетные данные функции пропускания подтверждены экспериментальными данными для метана и водяного пара с разрешением 0.2 см -1 спектры пропускания которых получены с использованием стендовой оптической кюветы. Повышение точности определения содержания малых газовых компонент достигается применением метода синтезированных спектральных каналов, разработанным для задачи термического и влажностного зондирования атмосферы.
Руководитель -к. ф.-м.н. Городецкий А.К., 333-32-12, gora @ iki.rssi.ru

Наверх
На главную страницу