Радиолокационное зондирование пленок на поверхности океана и внутренних водоемов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-17-00224

НазваниеРадиолокационное зондирование пленок на поверхности океана и внутренних водоемов

Руководитель Ермаков Станислав Александрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" , Нижегородская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-503 - Волновые процессы в океане

Ключевые слова пленки поверхностно-активных веществ, гравитационно-капиллярные волны, дистанционное зондирование морской поверхности, радиолокаторы микроволнового диапазона

Код ГРНТИ37.25.21

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы дистанционной диагностики пленочных сликов, связанных с наличием загрязняющих пленок антропогенной или биогенной природы на поверхности океана и внутренних водоемов, с использованием многочастотных поляризационных радиолокаторов микроволнового диапазона. Проект имеет одновременно важные фундаментальную и прикладную составляющие. Актуальность проекта связана с необходимостью создания систем для оперативного контроля загрязнений поверхности океанов и внутренних водоемов. Антропогенные (например, сбросы нефтепродуктов) и биогенные (например, в зонах повышенной биопродуктивности) пленки практически повсеместно обнаруживаются на водной поверхности, особенно в зонах интенсивного судоходства, портовых акваториях, вблизи нефтяных терминалов, прибрежных акваториях. Возможности диагностики пленок с использованием оптических систем сильно ограничены временем суток и метеоусловиями (туман, дождь, пыль и пр.). Эффективным круглосуточным и всепогодным инструментом дистанционного зондирования поверхности океана и внутренних водоемов являются радиолокаторы микроволнового диапазона, в том числе, локаторы спутникового базирования. Однако, несмотря на перспективность радиолокационных методов зондирования водной поверхности, проблема определения по данным радиолокационных наблюдений характеристик поверхностных загрязнений и идентификации природы этих загрязнений пока не решена, что связано, в частности, с использованием одночастотных радиолокационных комплексов. Научная новизна поставленной задачи заключается в том, что для решения проблемы радиолокационной диагностики предлагается использовать когерентные многочастотные поляризационые радиолокаторы микроволнового диапазона. Кроме того, в проекте впервые предполагается исследовать пленки сложной структуры, отвечающей условиям реальных водоемов, эволюцию пленочных сликов в поле ветра, волн и течений и возможности идентификации пленок по данным радиолокационных наблюдений. Возможность получения запланированных результатов подтверждается, во-первых, недавно полученными данными натурных наблюдений пленочных сликов с использованием созданного коллективом проекта трехчастотного поляризационного радиолокатора, показавшими, что многочастотное зондирование морской поверхности дает новую, существенно более полную информацию о пленках, чем одночастотные радиолокаторы, во-вторых, развитыми коллективом методами и средствами исследования пленок и проведения контролируемых натурных и лабораторных экспериментов с пленочными сликами, в – третьих, имеющимся в литературе, а также у научного коллектива научным заделом для усовершенствования физических (эмпирических) моделей динамики сликов и их радиолокационных изображений. Проект включает решение следующих задач: - изучение физических характеристик поверхностных пленок сложной структуры, отвечающих условиям реальных водоемов (квазимономолекулярных пленок органических поверхностно-активных веществ с капельной фазой - перенасыщенных монослоев, пленок смесей поверхностно-активных веществ, ПАВ, неоднородных по толщине пленок различных нефтепродуктов), - исследование динамики пленок и, соответственно, изменчивости их физических характеристик с учетом процессов растекания и деформации сликов в поле ветровых волн, неоднородного ветрового дрейфа, струйных и конвергентных течений, турбулентного перемешивания; развитие физических моделей эволюции пленочного слика в поле ветра, течений и поверхностных волн; - анализ вариаций характеристик радиолокационных сигналов (поляризованной и неполяризованной компонент сигнала и их доплеровских сдвигов) в пленочных сликах, изучение связи различных компонент радиолокационного сигнала со структурой интенсивных поверхностных волн (паразитной капиллярной рябью, toe- структурами, опрокидывающимися гребнями волн), развитие полуэмпирической модели радиолокационного рассеяния в зонах пленочных сликов; - определение возможностей и условий восстановления характеристик пленок в пленочных сликах по данным радиолокационных наблюдений, включая наблюдения спутниковыми радиолокаторами с синтезированной апертурой (РСА), развитие алгоритмов обнаружения загрязнений и определения их характеристик. Коллектив имеет большой опыт работ и научный задел по тематике проекта. Для выполнения проекта имеются разработанные участниками коллектива средства и методы натурных и лабораторных исследований ветровых волн и пленок, в том числе, специализированная плавучая гидрофизическая лаборатория, ветроволновой бассейн, уникальный трехчастотный поляризационный радиолокатор и др. Все это позволит обеспечить успешное решение задач проекта.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Даниличева О.А., Ермаков С.А., Капустин И.А., Мольков А.А., Дмитриева М.С., Лещев Г.В. Исследование динамики разливов поверхностно-активных веществ в условиях ветрового волнения Сборник тезисов докладов пятнадцатой Всероссийской открытой конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса", С. 259 (год публикации - 2018)
10.21046/2070-16DZZconf-2018a

2. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А., Даниличева О.А. Particularities of radar backscattering associated with wave breaking on the sea surface Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 107840, 107840P (год публикации - 2018)
10.1117/12.2325708

3. Ермаков С.А., Капустин И.А., Мольков А.А., Лещев Г.В., Даниличева О.А., Сергиевская И.А. Remote sensing of evolution of oil spills on the water surface Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 10784, 107840L (год публикации - 2018)
10.1117/12.2325745

4. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., да Сильва Ж.К.Б., Капустин И.А., Шомина О.В., Купаев А.В., Мольков А.А. Remote Sensing of Organic Films on the Water Surface Using Dual Co-Polarized Ship-Based X-/C-/S-Band Radar and TerraSAR-X Remote Sensing, 10(7), 1097 (год публикации - 2018)
10.3390/rs10071097

5. С.А. Ермаков, О.Ю. Лаврова, И.А. Капустин, А.В. Ермошкин, А.А. Мольков, О.А. Даниличева О гребенчатой структуре границ сликов на морской поверхности Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, Т. 15, № 7 (год публикации - 2018)

6. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., да Сильва Ж., Капустин И.А., Мольков А.А., Шомина О.В. Remote sensing of film slicks with co-polarized X-C-S-band scatterometer and TerraSAR-X SeaSAR 2018 the fifth Advances in SAR Oceanography workshop, Paper 132 (год публикации - 2018)

7. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Лазарева Т.Н. Surface waves damping due to oil and oil derivatives film in application to ocean remote sensing SeaSAR 2018 the fifth Advances in SAR Oceanography workshop, Paper 178 (год публикации - 2018)

8. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Лазарева Т.Н., Го З. Damping of surface waves due to crude oil/oil emulsion films on water Marine Pollution Bulletin, № 146, с. 206-214 (год публикации - 2019)
10.1016/j.marpolbul.2019.06.018

9. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А., Мольков А.А., Даниличева О.А., Шомина О.В. Modulation of Dual-Polarized X-Band Radar Backscatter Due to Long Wind Waves Remote Sensing, № 4, том 11, стр. 423 (год публикации - 2019)
10.3390/rs11040423

10. Ермаков С.А., Даниличева О.А., Капустин И.А., Мольков А.А. Drift and shape of oil slicks on the water surface Proc. SPIE 11150, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2019,, том 11150 (год публикации - 2019)
10.1117/12.2533203

11. Сергиевская И.А., Ермаков С.А. A phenomenological model of wave damping due to oil film Proc. SPIE 11150, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2019, том 111500K (год публикации - 2019)
10.1117/12.2533242

12. Ермаков С.А., Даниличева О.А., Капустин И.А., Мольков А.А. Деформация и дрейф плёночных сликов на поверхности водоёмов. Эксперименты и модель. Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, стр. 258 (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a

13. Доброхотов В.А., Сергиевская И.А., Капустин И.А., Ермаков С.А. Лабораторные исследования особенностей радиолокационного рассеяния в условиях сильных обрушений волн на поверхности воды, покрытой органической пленкой Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, стр. 253 (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a

14. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А. Натурные исследования изменчивости неполяризованной (небрегговской) компоненты рассеяния в поле длинных волн и в присутствии пленки с использованием двухполяризационного скаттерометра Х-диапазона Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» 11–15 ноября 2019, стр.328 (год публикации - 2019)
10.21046/17DZZconf-2019a

15. Ермаков С.А., Доброхотов В.А., Сергиевская И.А., Капустин И.А., Купаев А.В. Ka-band radar backscattering from breaking waves: wave tank study SPIE, Vol. 11529, № 115290S-1 (год публикации - 2020)
10.1117/12.2574167

16. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А., Купаев А.В., Шомина О.В. Strong variations of radar return from the sea surface due to breaking surface waves SPIE, Vol. 11529, № 115290Q-1 (год публикации - 2020)
10.1117/12.2574094

17. Даниличева О.А., Ермаков С.А., Капустин И.А. Деформация плёночных сликов на поверхности воды в условиях ветрового волнения ИКИ РАН, XVIII.E.518 (год публикации - 2020)

18. Ермаков С.А., Доброхотов В.А.,Сергиевская И.А., Капустин И.А. Suppression of Wind Ripples and Microwave Backscattering Due to Turbulence Generated by Breaking Surface Waves Remote Sensing, Volume 12, Issue 21, 10.3390/rs12213618 (год публикации - 2020)
10.3390/rs12213618

19. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Доброхотов В.А., Капустин И.А., Купаев А.В. Лабораторные исследования ослабления обратного радиолокационного рассеяния за счет обрушения волн на поверхности воды ИКИ РАН, XVIII.E.524 (год публикации - 2020)

20. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А., шомина О.В. Field studies of non-Bragg component variations of X-band radar return in the presence of surfactant films and intense long waves ИКИ РАН, № 6, Т. 17, С.110-115 (год публикации - 2020)
10.21046/2070-7401-2020-17-6-110-115

21. Ермаков С.А., Даниличева О.А., Капустин И.А, Лещев Г.В., Мольков А.А. Deformation of film slicks on the water surface. Experiment and model ИКИ РАН, № 6, Т. 17, С. 97-102 (год публикации - 2020)
10.21046/2070-7401-2020-17-6-97-102

22. Сергиевская И.А., Ермаков С.А., Ермошкин А.В., Капустин И.А., Шомина О.В., Купаев А.В. The Role of Micro Breaking of Small-Scale Wind Waves in Radar Backscattering from Sea Surface Remote Sensing (год публикации - 2020)
10.3390/rs12244159

23. Ермаков С.А., Даниличева О.А., Капустин И.А., Шомина О.В., Сергиевская И.А., Купаев А.В., Мольков А.А. Film Slicks on the Sea Surface: Their Dynamics and Remote Sensing IGARSS 2020 - 2020 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (год публикации - 2020)
10.1109/IGARSS39084.2020.9323948

Публикации