Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 6. С. 320-330
Лабораторные исследования радиолокационного рассеяния на поверхностных волнах, распространяющихся над погружённой в воду вертикальной пластиковой плёнкой
С.А. Ермаков
1, 2 , В.А. Доброхотов
1 , И.А. Сергиевская
1, 2 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
2 Волжский государственный университет водного транспорта, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 21.11.2024
DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-6-320-330
Масштабы роста загрязнения Мирового океана пластиковым мусором увеличиваются с каждым годом. Макропластик оказывает существенное влияние на экологическое состояние Мирового океана, что делает задачу диагностики пластикового загрязнения океана крайне актуальной. Исследуется распространение гравитационно-капиллярных волн над вертикально расположенными в воде полиэтиленовыми плёнками, а также изучаются характеристики радиолокационного сигнала при рассеянии на поверхностных волнах в присутствии этих вертикальных плёнок. Лабораторные эксперименты проводились в кольцевом ветро-волновом бассейне. Генерация поверхностных волн производилась с помощью механического волнопродуктора. Профили гравитационно-капиллярных волн регистрировались с помощью фотографии поверхности, подсвеченной лазерным пучком ножевой формы. Использовались полиэтиленовые плёнки с разной толщиной. Радиолокационные измерения осуществлялись с использованием скаттерометра Ka-диапазона. Измерения интенсивности обратного рассеяния проводились на вертикальных поляризациях излучаемых и рассеянных электромагнитных волн. Установлено, что колеблющаяся под действием гравитационно-капиллярных волн вертикальная полиэтиленовая плёнка возбуждает вторичные короткие капиллярные волны. Это приводит к увеличению интенсивности и уменьшению доплеровского сдвига радиолокационного сигнала обратного рассеяния. При удалении от вертикальной плёнки короткие капиллярные волны затухают и её влияние на характеристики радиолокационного сигнала уменьшается.
Ключевые слова: пластиковый мусор, полиэтиленовая плёнка, радиолокационное рассеяние, гравитационно-капиллярные волны
Полный текстСписок литературы:
- Доброхотов В. А., Ермаков С. А., Сергиевская И. А. Лабораторное исследование особенностей радиолокационного рассеяния Ка-диапазона и затухания волн на воде, покрытой полиэтиленовой плёнкой // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 6. С. 247–257. DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-6-247-257.
- Chakraborty R., Mandal B. N. Scattering of water waves by a submerged thin vertical elastic plate // Archive of Applied Mechanics. 2014. V. 84. P. 207–217. DOI: 10.1007/s00419-013-0794-x.
- Chakraborty R., Mondal A., Gayen R. Interaction of surface water waves with a vertical elastic plate: a hypersingular integral equation approach // Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik. 2016. V. 67. Article 115. 18 p. DOI: 10.1007/s00033-016-0709-0.
- Davaasuren N., Marino A., Boardman C. et al. Detecting microplastics pollution in world oceans using SAR remote sensing // IGARSS 2018 — 2018 IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. 2018. P. 938–941. DOI: 10.1109/IGARSS.2018.8517281.
- Ermakov S. A., Khazanov G. E. 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. Wave tank study of steep gravity-capillary waves and their role in Ka-band radar backscatter // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2021. V. 60. Article 4202812. 12 p. https://doi.org/10.1109/tgrs.2021.3086627.
- Evans M. C., Ruf C. S. Toward the detection and imaging of ocean microplastics with a spaceborne radar // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2021. V. 60. Article 4202709. 9 p. DOI: 10.1109/tgrs.2021.3081691.
- Gallitelli L., Girard P., Andriolo U. et al. Monitoring macroplastics in aquatic and terrestrial ecosystems: Expert survey reveals visual and drone-based census as most effective techniques // Science of the Total Environment. 2024. V. 955. Article 176528. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.176528.
- Gayen R., Gupta S., Chakrabarti A. Approximate solution of the problem of scattering of surface water waves by a partially immersed rigid plane vertical barrier // Applied Mathematics Letters. 2016. V. 58. P. 19–25. DOI: 10.1016/j.aml.2016.01.018.
- Hu C. Remote detection of marine debris using satellite observations in the visible and near infrared spectral range: Challenges and potentials // Remote Sensing of Environment. 2021. V. 259. Article 112414. DOI: 10.1016/j.rse.2021.112414.
- Jarvis R. J., Taylor B. C. The scattering of surface waves by a vertical plane barrier // Mathematical Proc. Cambridge Philosophical Soc. 1969. V. 66. P. 417–422. DOI: 10.1017/S030500410004514X.
- Simpson M. D., 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.
- Suaria G., Cappa P., Perold V. et al. Abundance and composition of small floating plastics in the eastern and southern sectors of the Atlantic Ocean // Marine Pollution Bull. 2023. V. 193. Article 115109. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2023.115109.
- Sun Y., Bakker T., Ruf C., Pan Y. Effects of microplastics and surfactants on surface roughness of water waves // Scientific Reports. 2023. V. 13. Article 1978. DOI: 10.1038/s41598-023-29088-9.
- van Veelen T. J., Fairchild T. P., Reeve D. E., Karunarathna H. Experimental study on vegetation flexibility as control parameter for wave damping and velocity structure // Coastal Engineering. 2020. V. 157. Article 103648. DOI: 10.1016/j.coastaleng.2020.103648.