Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2026. Т. 23. № 1. С. 296-305
Модель проявления пластиковых плёнок на радиолокационных изображениях морской поверхности
С.А. Ермаков 1, 2 , 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: 11.12.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2026-23-1-296-305
Выполнено обобщение полуэмпирической модели спектра мелкомасштабных ветровых волн на поверхности воды, покрытой плавающими высокоупругими плёнками, имитирующими пластиковый мусор в океане. Получено выражение для дополнительного источника в уравнении для спектра ветровых волн, определяющего генерацию мелкомасштабных волн длинными волнами дм-м-диапазона. Проведён анализ натурных измерений затухания длинных ветровых волн при их распространении в присутствии пластиковой плёнки, получены оценки её упругости. На основе развитой модели даны оценки изменчивости брэгговской компоненты радиолокационного сигнала при рассеянии из области пластиковых плёнок. Модель использована для описания наблюдаемых проявлений на РСА-изображениях областей загрязнения водной поверхности морским мусором (пластиком). Показано, что оценки подавления интенсивности волнения (брегговской компоненты радиолокационного сигнала), рассчитанные в рамках модели, удовлетворительно согласуются с наблюдениями.
Ключевые слова: радиолокационное зондирование океана, морская поверхность, ветровые волны, пластиковый мусор, пластиковые плёнки
Полный текстСписок литературы:
- Доброхотов В. А., Ермаков С. А., Сергиевская И. А. Лабораторное исследование радиолокационного рассеяния Ka-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.
- Ермаков С. А. Влияние пленок на динамику гравитационно-капиллярных волн. Н. Новгород: ИПФ РАН, 2010. 163 с.
- Ермаков С. А., Доброхотов В. А., Лещев Г. В. и др. Модельные эксперименты по исследованию влияния пластикового мусора на водной поверхности на характеристики радиолокационных сигналов Ka-диапазона // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2024. Т. 21. № 1. С. 257–269. DOI: 10.21046/2070-7401-2024-21-1-257-269.
- Левич В. Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: ГИФМЛ, 1959. 700 с.
- Arii M., Koiwa M., Aoki Y. Applicability of SAR to marine debris surveillance after the Great East Japan earthquake // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2014. V. 7. No. 5. P. 1729–1744. DOI: 10.1109/JSTARS.2014.2308550.
- 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. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2020.111198.
- Donelan M. A., Pierson W. J., Jr. Radar scattering and equilibrium ranges in wind-generated waves with application to scatterometry // J. Geophysical Research: Oceans. 1987. V. 92. No. C5. P. 4971–5029. DOI: 10.1029/JC092iC05p04971.
- Ermakov S. A., Sergievskaya I. A., Plotnikov L. M. et al. New features of Bragg and non-polarized radar backscattering from film slicks on the sea surface // J. Marine Science and Engineering. 2022. V. 10. No. 9. Article 1262. DOI: 10.3390/jmse10091262.
- Evans M. C., Ruf C. S. Toward the detection and imaging of ocean microplastics with a spaceborne radar // IEEE Trans. on Geoscience and Remote Sensing. 2021. V. 60. Article 4202709. 9 p. DOI: 10.1109/tgrs.2021.3081691.
- Jarzyna K. The great pacific garbage patch. an outline of the problem, Antypody // A Quarterly Magazine of Australia, New Zealand and Oceania Research Association. 2011. No. 4. P. 2–14.
- Kudryavtsev V. N., Hauser D., Caudal G., Chapron B. A semi-empirical model of the normalized radar cross section of the sea surface 1. Background model // J. Geophysical Research: Oceans. 2003. V. 108. No. C3. Article 8054. DOI: 10.1029/2001JC001003.
- Li P., Wang X., Su M. et al. Characteristics of plastic pollution in the environment: A review // Bull. Environmental Contamination and Toxicology. 2021. V. 107. No. 4. P. 577–584. DOI: 10.1007/s00128-020-02820-1.
- Phillips O. M. Radar returns from the sea surface — Bragg scattering and breaking waves // J. Physical Oceanography. 1988. V. 18. P. 1065–1074. DOI: 10.1175/1520-0485(1988)018<1065:RRFTSS>2.0.CO;2.
- Plant W. A relationship between wind stress and wave slope // J. Geophysical Research: Oceans. 1982. V. 87. No. C3. P. 1961–1967. DOI: 10.1029/JC087iC03p01961.
- Sergievskaya I., Ermakov S. On an empirical model of the source of short wind waves based on radar observations of marine film slicks // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2024. V. 21. Article 3510705. 5 p. DOI: 10.1109/LGRS.2024.3474796.
- Sergievskaya I. A., Ermakov S. A., Ermoshkin A. V. et al. The role of micro breaking of small-scale wind waves in radar backscattering from sea surface // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 24. Article 4159. DOI: 10.3390/rs12244159.
- 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. No. 18. Article 4473. DOI: 10.3390/rs14184473.
- Simpson M. D., Marino A., de Maagt P. et al. Investigating the backscatter of marine plastic litter using a C- and X-band ground radar, during a measurement campaign in Deltares // Remote Sensing. 2023. V. 15. No. 6. Article 1654. DOI: 10.3390/rs15061654.
- 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.
- Stewart R. W. The air-sea momentum exchange // Boundary-Layer Meteorology. 1974. V. 6. No. 1–2. P. 151–167. DOI: 10.1007/BF00232481.
- Sun Y., Bakker T., Ruf C., Pan Y. Effects of microplastics and surfactants on surface roughness of water waves // Scientific Reports. 2023. No. 13. Article 1978. DOI: 10.1038/s41598-023-29088-9.
- Valenzuela G. R. Theories for the interaction of electromagnetic and oceanic waves — A review // Boundary-Layer Meteorology. 1978. V. 13. No. 1–4. P. 61–85. DOI: 10.1007/BF00913863.
- Vickers D., Mahrt L., Andreas E. L. Formulation of the sea-surface friction velocity in terms of the mean wind and bulk stability // J. Applied Meteorology and Climatology. 2015. V. 54. No. 3. P. 691–703. DOI: 10.1175/JAMC-D-14-0099.1.
- Vodeneeva E., Pichugina Y., Zhurova D. et al. Epiplastic algal communities on different types of polymers in freshwater bodies: A short-term experiment in karst lakes // Water. 2024. V. 16. No. 22. Article 3288. DOI: 10.3390/w16223288.