Модели и методы оптического дистанционного зондирования нефтяных загрязнений на водной поверхности

• Автор: Щербаков, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с.

Оглавление
Введение
Глава I. Обзор дистанционных методов обнаружения нефтяных загрязнений на водной поверхности
1.1 Основные физические механизмы формирования нефтяных пленок на водной поверхности
1.2 Дистанционные методы обнаружения нефтяных загрязнений на водной
поверхности
Выводы по главе
Глава II. Определение величины оптических контрастов нефтяных пленок при зондировании водной поверхности из космоса
2.1 Модель формирования оптического сигнала в системе “ взволнованная водная поверхность - нефтяная пленка - атмосфера”
2.1.1 Физико-математическая постановка задачи расчета поля восходящего излучения над водной поверхностью в оптическом диапазоне спектра
2.1.2 Решение задачи учета влияния атмосферы (атмосферной коррекции)
2.2 Метод определения оптических контрастов "нефтяная пленка - водная поверхность"
2.2.1 Оптико-метеорологическая модель атмосферы и гидрооптические свойства приповерхностного слоя воды
2.2.2 Учет взволнованности при расчете отраженного от водной поверхности излучения
2.2.3 Расчет выходящего из под воды излучения
Выводы по главе II
Глава III. Разработка алгоритма и пакета прикладных программ для расчета поля восходящего излучения в системе “ взволнованная поверхность океана - нефтяная пленка -атмосфера”

3.1 Математическая модель поля интенсивности радиации, отраженной атмосферой и подстилающей поверхностью, на входе в приемник излучения
3.2 Алгоритм и описание работы программы
3.3 Обоснование и верификация метода расчета
Выводы по главе III
Глава IV. Использование пакета прикладных программ для проведения систематических расчетов величин оптических контрастов "фон - пленка" и анализ, полученных результатов
4.1 Структура и анализ влияния отдельных составляющих восходящего излучения на контраст “нефтяная пленка - водная поверхность”
4.2 Зависимость контраста от длины волны излучения
4.3 Влияние на контраст оптических характеристик подстилающей поверхности
4.4 Зависимость контраста от геометрии слежения и условий освещенности
4.5 Влияние взволнованности на контраст изображения нефтяного пятна
Выводы по главе IV
Заключение
Список литературы
Приложение
Приложение II
Приложение III

Введение
Нефть и продукты ее переработки стали за последние 30-35 лет одним из наиболее опасных и серьезных источников загрязнений окружающей среды и особенно Мирового океана [1-22]. По различным оценкам [5,9,13,21] ежегодно в море попадает более 10 млн. т сырой нефти и нефтепродуктов. Площадь водной поверхности, которая испытывает последствия загрязнений, очень велика. Одна тонна разлитого нефтепродукта нарушает естественно протекающие процессы на морской акватории площадью около 2,4 км2 [12]. Это нарушение носит длительный характер, так как деградация нефтепродуктов в океане идет медленно, особенно при температурах ниже КИС.
Отрицательные последствия нефтяных загрязнений многообразны [5-11,16]. Пленки нефтепродуктов существенно влияют на физикохимические процессы взаимодействия между атмосферой и океаном. Они уменьшают газовый обмен, подавляют капиллярные волны, ослабляют интенсивность светового излучения, проникающего в толщу океана, что влияет на количество образующегося в процессе фотосинтеза кислорода. Все виды нефти, отличаясь друг от друга по степени ядовитости, активно адсорбируют различные химические вещества и особенно ядохимикаты. В конечном счете, это приводит к росту содержания вредных химических веществ в различных биологических продуктах моря, к сокращению популяции водоплавающих птиц и рыб и т.д.[5,9,15].
В связи с изложенным, актуальной является задача оперативного обнаружения и оценки параметров нефтяных загрязнений океана. Информация о разливах нефти необходима, в частности, для оперативного принятия мер по ограничению объемов разлившейся нефти, локализации и очистке загрязненных районов. Своевременное обнаружение и ликвидация последствий крупных разливов позволят уменьшить ущерб, наносимый окружающей среде. Данные о новых загрязненных районах могут быть также использованы для принятия экономических санкций в случае преднамеренного или непреднамеренного сброса балластных вод. До сих пор, однако, не существует универсального метода дистанционного обнаруже-

представить в виде: / = 1$ + /д, где (2.11)
/<,- - описывает вклад фотонов всех порядков рассеяния в атмосфере без взаимодействия с подстилающей поверхностью, Л - описывает вклад фотонов, один раз отраженных от толщи либо поверхности моря и рассеянных в атмосфере.
Составляющая 1$ удовлетворяет краевой задаче (УПИ):
М8{т,п) = Л8(т), т £ [0,го],п £ О
< 18(0,<р) = лР0 -8(/л-]и0)-8{(р), г = 0,леа+ (2.12)
18(т0-М,<р) = 0, Г-Г0,Л£а_
Составляющая -краевой задаче:
31к(т,п) - 31к(т), г £ [0,го],й £ П
<1 /д (0, /л, (р) = 0, г = 0,йе£2+
Л (то -/А Т = Т0 Л
(2.13)
Таким образом, в приближении (2.11) задача расчета поля излучения в системе море-атмосфера (2.7) распадается на две независимые задачи: задачу атмосферной коррекции с эффективной подстилающей поверхностью, моделирующей оптические свойства толщи и поверхности моря (2.12) и задачу расчета отражения излучения от взволнованной поверхности и толщи воды при известном распределении излучения, падающего на границу раздела сред (2.13).
Интенсивность восходящей радиации на поверхности моря 1я(тогЦ><р) в соответствии с (2.13) удобно представить в виде суммы: