• Українська
  • English
  • Русский
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

Модификация спутникового радиолокационного многоуглового метода измерений параметров аварийных разливов нефти на морской поверхности

Рубрика: 
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН, РАДИОЛОКАЦИЯ И ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
Матвеев, АЯ, Величко, СА, Бычков, ДМ, Иванов, ВК, Цымбал, ВН, Ефимов, ВБ, Гавриленко, АС
Organization: 

 

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины
12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина
E-mail: ayamatweev2017@gmail.com
https://doi.org/10.15407/rej2020.02.009
Язык: русский
Аннотация: 

 

Предмет и цель работы – создание спутникового радиолокационного модифицированного многоуглового метода (ММУМ) измерения параметров аварийных разливов нефти на морской поверхности и разработка методики определения основных и вспомогательных расчетных параметров. Методика базируется на использовании изображений радиолокатора с синтезированной апертурой (РСА) Envisat-1 района добычи нефти Нефтяные Камни в Каспийском море, полученных в рамках совместного проекта id: CIP11140 с Европейским космическим агентством (ЕКА).

Методы и методология работы. Использованы средства численного моделирования параметров уравнений модифицированной теории радиолокационного контраста морского волнения при наличии нефтяной пленки. Разработаны методология получения предварительных данных по результатам обработки радиолокационных изображений РСА Envisat-1 загрязнений моря нефтью, а также методология оценки объема и толщины для исходного и конечного нефтяных пятен на основе этих данных.

Результаты работы. По данным двух последовательных радиолокационных съемок получены величины объема, толщины и поверхностной активности исходного и конечного нефтяных пятен на морской поверхности. Параметризация основных характеристик нефти упростила расчеты и анализ результатов. Показано, что испарение нефти приводит к необходимости моделирования активности пленки нефти и коэффициентов поверхностного натяжения на границах нефти с водой и с воздухом, что свидетельствует об изменении физических характеристик растекающейся нефти. Все этапы моделирования подтверждены графической информацией.  

Заключение. Предлагаемый метод может быть применен для аэрокосмических систем мониторинга аварийных разливов нефти на морской поверхности. Использование современных методов обработки и предоставления информации делает ММУМ доступным для широкого круга потребителей.
Ключевые слова: диагностика параметров морских аварийных разливов нефти, радиолокационный мониторинг морской поверхности, спутниковый модифицированный многоугловой радиолокационный метод

Статья поступила в редакцию 20.08.2019
PACS: 95.75.-z
УДК 528.8.044.2
Radiofiz. elektron. 2020, 25(2): 9-21
Полный текст (PDF))

References: 
  1. Sandven S., Kudriavtsev V., Malinovsky V. Development of Marine Oil Spills/Slicks Satellite Monitoring System Elements for the Black Sea, Caspian Sea and Kara/Barents Seas. Proc. 2nd Workshop on Advances SAR Oceanography from Envisat and ERS Missions (SEASAR 2008). (Frascati, Italy, 21–25 Jan. 2008). Rome: ESA ESPRIN, 2008. Рress_301.
  2. Gadimova S. Towards the Development of an Operational Strategy for Oil Spill Detection and Monitoring in the Caspian Sea Based upon a Technical Evaluation of Satellite SAR Observations in Southeast Asia. In: Int. Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Amsterdam, 2000. Vol. XXXIII, Pt. B1. P. 295–300.
  3. Tufte L., Trieschmann O., Hunsänger T. Using AirR- and Spaceborne Remote Sensing Data for the Operational Oil Spill Monitoring of the German North Sea and Baltic Sea. Proc. 5th Int. Airborne Remote Sensing Conf. (San Francisco, California, 17–20 Sept. 2001). URL: https://www.bafg.de/DE/08_Ref/M4/02_Fernerkundung/01_oelueberwachung/Fer... OstSee.pdf?__blob=publicationFile
  4. Боев А.Г., Цымбал В.Н., Матвеев А.Я., Ефимов В.Б., Бычков Д.М., Калмыков И.А., Яцевич С.Е. Аэрокосмическая радиолокационная диагностика природных катастроф и критических ситуаций: монография. Под ред. В.К. Иванова. Харьков: Изд. Рожко С.Г., 2017. 372 с.
  5. De Mario A., Ricci G., Tesauro M. On CFAR Detection of Oil Slicks on the Ocean Surface by a Multifrequency and/or multipolarization SAR. Proc. 2001 IEEE Radar Conf. Atlanta, Georgia, 1–3 May 2001. P. 351–355.
  6. Иванов А.Ю., Достовалов М.Ю., Синева А.А. Определение параметров нефтяных загрязнений по данным космической поляризационной радиолокационной съемки в районе нефтепромыслов «Нефтяные Камни» в Каспийском море. Исслед. Земли из космоса. 2011. № 5. C. 31–44.
  7. Боев А.Г., Бычков Д.М., Матвеев А.Я., Цымбал В.Н. Спутниковая радиолокационная многоугловая диагностика нефтяных загрязнений морской поверхности. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Под ред. Н.П. Лаверова, Е.А. Лупяна, О.Ю. Лавровой. М.: ИКИ РАН, 2013. Т. 10, № 2. C. 166–172.
  8. Матвеев А.Я., Величко С.А., Бычков Д.М., Иванов В.К., Цымбал В.Н., Ефимов В.Б., Особенности применения многочастотного и многоуглового радиолокационных методов для оценки параметров разливов нефти на морской поверхности. Радиофизика и электроника. 2019. Т. 24, № 3. С. 30–44. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2019.03.030.
  9. Fay J.A. The spread of oil slicks on a calm sea. In: Oil on the sea. New York: Plenum Press, 1969. P. 53–63. 
  10. Коротенко К.А., Мамедов Р.М. Моделирование процесса распространения пятен нефти в прибрежной зоне Каспийского моря. Океанология. 2001. Т. 41, № 1. С. 45–52.
  11. Lehr W., Jones R., Evans M., Simecek-Beatty D., Overstreet R. Revisions of the ADIOS oil spill model. Environ. Model. Softw. 2002. Vol. 17. P. 191–199. DOI:10.1016/S1364-8152(01)00064-0.
  12. Hai-zhou Chen, Da-ming Li, Xiao Li. Mathematical modeling of the oil spill on the sea and application of the modeling in Daya Bay. J. Hydrodynamics. 2007. Vol. 19, Iss. 3. P. 282–291. DOI: 10.1016/S1001-6058(07)60060-2.
  13. Liungman O., Mattson J. Scientific Documentation of Seatrack Web; physical processes, algorithms and references. Sweden: Norrkoping, 2011. 32 p. URL: http://www.smhi.se/polopoly_fs/1.15600!SeatrackWebScientificDocumentatio...
  14. Матвеев А.Я., Боев А.Г., Бычков Д.М., Кубряков А.А., Станичный С.В., Цымбал В.Н., Шелиховский С.В. Апробация модели растекания нефти в задаче радиолокационной многоугловой диагностики загрязнений морской поверхности. 11-я Всероссийская открытая ежегодная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» (11–15 ноября 2013 г.): тез. докл. Москва: ИКИ РАН, 2013. C. 251.
  15. Tsymbal V.N., Matveyev A.Ya., Boev A.G., Yatsevich S.Ye., Bychkov D.M., Velichko S.A., Kubryakov A.A., Stanichny S.V. Radar monitoring of natural and anthropogenic hazardous phenomena. Part 2: Monograph. Ed. V.K. Ivanov. Mauritius, Germany: LAP Lambert Academic Publ., 2018. 104 p.
  16. Матвеев А.Я., Кубряков А.А., Боев А.Г., Бычков Д.М., Иванов В.К., Станичный С.В., Цымбал В.Н. Моделирование растекания нефти в задаче радиолокационной многоугловой диагностики загрязнений морской поверхности. Исслед. Земли из космоса. 2016. № 1–2. С. 213–224.
  17. Matveyev A.Ya., Kubriakov A.A., Boyev A.G., Bychkov D.M., Velichko S.A., Ivanov V.K., Stanichny S.V., Tsymbal V.N. Radar remote sensing multiangular satellite radar diagnostics of oil spills on the sea surface: validation of the method. Telecommunications and Radio Engineering. 2016. Vol. 75, Iss. 4. P. 313–331.
  18. Wang Z.D., Hollebone B.P., Yang C., Fieldhouse B.G., Fingas M.F., Landriault M., Gamble R.L., Peng X., and Weaver J. Oil Composition and Properties for Oil Spill Modelling. Proc. of the 28th AMOP Technical Seminar. (Calgary, Alberta, Canada, 7–9 June 2005). Ottawa: Environment Canada, 2005. Vol. 1. P. 93–112.
  19. Jordan R.E., Payne J.R. Fate and Weathering of Petroleum Spills in the Marine Environment: A Literature Review and Synopsis. Michigan: Ann Arbor Science Publishers, 1980.
  20. Fingas M. Studies on the Evaporation of Grude Oil and Petroleum: I. the Relationship Between Evaporation Rate and Time. J. Haz. Mat. 1997. Vol. 56, Iss. 3. P. 227–236. DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-3894(97)00050-2.
  21. Wang Z., Hollebone B, P., Fingas M., Fieldhouse B., Sigouin L., Landriault M., Smith P., Noonan J., Thouin G. Characteristics of Spilled Oils, Fuels, and Petroleum Products: 1. Composition and Properties of Selected Oils. U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C., EPA/600/R-03/072, 2003. URL: http://www.epa.gov/athens/ publicatons.
  22. Ермаков С.А. Влияние пленок на динамику гравитационно-капиллярных волн: монография. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2010. 164 с.
  23. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Гущин Л.А. Пленки на морской поверхности и их дистанционное зондирование. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2006. Т. 3, № 2. С. 86–98.
  24. Ermakov S.A., Sergievskaya I.A., and Gushchin I.A. Damping of Gravity-Capillary Waves in the Presence of Oil Slicks According to Data from Laboratory and Numerical Experiments. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2012. Vol. 48, No 5. P. 565–572.
  25. Sergievskaya I., Ermakov S., Lazareva T., Guo J. Damping of surface waves due to crude oil/oil emulsion films on water. Marine Pollution Bull. 2019. Vol. 146. P. 206–214. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2019.06.018
  26. Архив данных NOMADS URL: http://nomads.ncep.noaa.gov/
  27. Архив данных oceandata URL: http://oceandata.sci.gsfc.nasa.gov/
  28. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. Москва: ГИТТЛ, 1959. 669 с.
  29. Савицкая Т.А., Шиманович М.П. Практикум по коллоидной химии. Часть 1. «Поверхностные явления». Минск: БГУ, 2003. 100 с.
  30. Центр компетенции по ликвидации разливов нефти в Арктике. Лаборатория для исследования характеристик нефти. URL: http://osr-arctic.ru/ru/matrica-kompetencii-resursy/laboratoriya-dlya-is...
  31. Поверхностное натяжение. URL: http://www.homedistiller.ru/poverhnostnoe-natjazhenie.html
  32. Геология. Молекулярно-поверхностные свойства системы нефть–газ–вода–порода. URL: http://studopedia.ru3_63468_molekulyarno-poverhnostnie-svoystva-sistemi-...