Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 1. С. 257-269
Модельные эксперименты по исследованию влияния пластикового мусора на водной поверхности на характеристики радиолокационных сигналов Ka-диапазона
С.А. Ермаков
1, 2 , В.А. Доброхотов
1 , Г.В. Лещев
1 , О.А. Даниличева
1 , Л.М. Плотников
1 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Волжский государственный университет водного транспорта, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 04.12.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-1-257-269
Проблема загрязнения океана пластиковым мусором (ПМ) и развития физических основ его дистанционной, в том числе радиолокационной, диагностики приобрела в последние годы исключительную важность. В настоящей статье на примере полиэтиленовых плёнок, плавающих на водной поверхности, представлены результаты первых специальных натурных экспериментов по исследованию влияния ПМ на характеристики радиолокационных сигналов микроволнового диапазона. Радиолокационное зондирование выполнено с использованием доплеровского скаттерометра Ka-диапазона, установленного на движущемся маломерном судне, при средних углах падения микроволн, на вертикальной и горизонтальной поляризации, под углом к ветру и поперёк ветра. Коэффициент затухания ветровых волн при прохождении ими области, занятой плёнкой, измерен с использованием миниатюрных акселерометров. Обнаружено значительное (в единицы – десятки раз) ослабление интенсивности радиолокационного сигнала в подветренной по отношению к плёнке области волнения — эффект «следа» ПМ; показано, что величина эффекта зависит от азимутального угла, под которым проводится зондирование. Предложено качественное физическое объяснение затухания ветровых волн на плёнке и эффекта радиолокационного следа ПМ.
Ключевые слова: пластиковый мусор, ветровые волны, радиолокация, полиэтиленовая плёнка, радиолокационный след пластикового мусора
Полный текстСписок литературы:
- Ермаков С. А. Влияние плёнок на динамику гравитационно-капиллярных волн. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2010. 163 с.
- Arii M., Koiwa M., Aoki Y. Applicability of SAR to Marine Debris Surveillance after the Great East Japan Earthquake // IEEE J-STARS. 2014. V. 7. No. 5. DOI: 10.1109/JSTARS.2014.2308550.
- Bremer T. Tracing waves to find phantom plastic // TU Delft. 2022. https://www.tudelft.nl/en/stories/articles/tracing-waves-to-find-phantom-plastic.
- Chubarenko I., Esiukova E., Khatmullina L. et al. From macro to micro, from patchy to uniform: Analyzing plastic contamination along and across a sandy tide-less coast // Marine Pollution Bull. 2020. V. 156. Article 111198. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2020.111198.
- Ermakov S., Khazanov G. Resonance damping of gravity-capillary waves on water covered with a visco-elastic film of finite thickness. A reappraisal // Physics of Fluids. 2022. V. 34. Article 092107. https://doi.org/10.1063/5.0103110.
- Ermakov S., Sergievskaya I., Dobrokhotov V., Lazareva T. (2022a) Wave Tank Study of Steep Gravity-Capillary Waves and Their Role in Ka-Band Radar Backscatter // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2022. V. 60. Article 4202812. P. 1–12. DOI: 10.1109/tgrs.2021.3086627.
- Ermakov S. A., Sergievskaya I. A., Plotnikov L. M. et al. (2022b) New Features of Bragg and Non-Polarized Radar Backscattering from Film Slicks on the Sea Surface // J. Marine Science Engineering. 2022. V. 10. Article 1262. https://doi.org/10.3390/jmse10091262.
- Plant W. J. A relationship between wind stress and wave slope // J. Geophysical Research. 1982. V. 87. P. 1961–1967. https://doi.org/10.1029/JC087iC03p01961.
- Salgado-Hernanz P. M., Bauzà J., Alomar C. et al. Assessment of marine litter through remote sensing: recent approaches and future goals // Marine Pollution Bull. 2021. V. 168. Article 112347. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2021.112347.
- Serafino F., Bianco A. Use of X-Band Radars to Monitor Small Garbage Islands // Remote Sensing. 2021. V. 13. Article 3558. DOI: 10.3390/rs13183558.
- Simpson M., Marino A., de Maagt P. et al. Monitoring of Plastic Islands in River Environment Using Sentinel-1 SAR Data // Remote Sensing. 2022. V. 14. Article 4473. DOI: 10.3390/rs14184473.
- Zettler E. R., Mincer T. J., Amaral-Zettler L. A. Life in the “Plastisphere”: Microbial communities on plastic marine debris // Environmental Science and Technology. 2013. V. 47. P. 7137–7146. DOI: 10.1021/es401288x.