Развитие методов радиометрического зондирования сложных диэлектрических структур в миллиметровом диапазоне длин волн

• Автор: Пелюшенко, Артем Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 115 с. : ил.

^ ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Анализ современного состояния проблемы влияния ветровых
возмущений на измерение толщины пленок нефти на водной
поверхности и методы ее решения
1.1 Методы измерения толщины пленки нефти на водной поверхности
1.2 Влияние ветровых возмущений на результаты измерений толщины
пленок нефти на водной поверхности при проведении натурных радиометрических измерений
1.3 Постановка задачи исследования флуктуаций радиоизлучения
взволнованной поверхности нефть-вода
Глава 2. Радиационная модель гладкой подстилающей поверхности
2.1 Особенности формирования излучения в СВЧ диапазоне
2.2 Диэлектрическая проницаемость воды
1| 2.3 Диэлектрическая проницаемость нефти
2.4 Диэлектрическая проницаемость смесей
2.5 Радиационная модель гладкой полубесконечной поверхности
2.6 Радиационная модель гладкой двухслойной поверхности
2.7 Влияние излучения атмосферы на эффективную температуру
излучения поверхности нефть-вода
2.8 Выводы по разделу
Глава 3. Радиационные модели взволнованной водной поверхности
3.1 Представление рельефа морской поверхности регулярными функциями пространственно-временных переменных в двух - трехмерном приближениях
3.2 Стохастическая фасеточная модель водной поверхности
3.2.1 Распределение Кокса-Манка для фасеточной модели водной поверхности и взволнованной водной поверхности покрытой слоем ПАВ
♦ (нефти)
3.2.2 Изменения коэффициента отражения водной поверхности в зависимости от вариаций углов фасеты
3.2.3 Изменение средних эффективных температур излучения взволнованной водной поверхности в зависимости от скорости ветра и азимутального угла наблюдения
3.2.4 Флуктуации эффективных температур излучения взволнованной
водной поверхности
3.2.5 Влияние диаграммы направленности на флуктуации наблюдаемых эффективных температур излучения взволнованной водной
поверхности
3.3 Излучение водо-воздушной пены
3.4 Выводы по разделу

Глава 4. Флуктуации радиоизлучения взволнованной водной поверхности, покрытой слоем нефти
4.1. Радиационная модель водной поверхности покрытой слоем нефтепродукта в условиях ветрового волнения
4.1.1. Однородная пленка нефти
4.1.2. Неоднородная пленка нефти
4.1.2.1 Неоднородная пленка нефти при спокойной поверхности
4.1.2.2 Неоднородная пленка нефти при взволнованной поверхности
4.1.3 Выводы по разделу
4.2. Экспериментальные исследования характера флуктуаций эффективных температур излучения водной поверхности, покрытой слоем нефтепродукта
4.2.1. Экспериментальная установка и метод измерения флуктуаций эффективных температур излучения водной поверхности, покрытой слоем нефтепродукта
4.2.2. Методика измерений при исследовании характера флуктуаций эффективных температур излучения водной поверхности, покрытой неоднородным слоем нефтепродукта
4.2.3. Результаты экспериментальных исследований характера флуктуаций эффективных температур излучения водной поверхности, покрытой слоем нефтепродукта
4.3. Точность измерения толщины слоя нефти методом поляризационных радиояркостных контрастов
Заключение
Список литературы
Приложение
Приложение
Эффективным методом дистанционного зондирования окружающей среды в радиодиапазоне является метод СВЧ радиометрии, основанный на измерении собственного электромагнитного излучения объектов природной среды в диапазоне миллиметровых, сантиметровых и дециметровых волн. Основное преимущество радиоволн перед волнами оптического и ИК диапазонов заключается в их высокой проникающей способности. Волны радиодиапазона слабо поглощаются и рассеиваются в облаках, в связи с чем радиофизические методы наблюдения являются практически всепогодными. Получение информации в радиодиапазоне также не зависит от условий освещенности. Размещение же радиофизических датчиков на борту аэрокосмических носителей позволяет оперативно получать эту информацию со значительных территорий, что особенно важно для решения задач предупреждения природных и экологических катастроф. Части поверхности земного шара, занятые сушей и водой, далеко не одинаковы: вода занимает более двух третей поверхности нашей планеты. Среди веществ, загрязняющих моря и океаны, одно из первых мест принадлежит нефти и продуктам ее переработки. Количество поступающих в Мировой океан нефтепродуктов по разным источникам оценивается в 5..10 млн тонн ежегодно. Особое значение в России экологический контроль приобретает в арктическом регионе (моря Северного Ледовитого океана) и на морях Тихого океана, где в последние годы начато активное освоение природных ресурсов. Нефтепродукты, попавшие на поверхность воды, достаточно быстро растекаются под действием силы тяжести и поверхностного натяжения, увеличивая свою площадь и образуя “слик” (пятно нефтяного происхождения). Сразу после разлива толщина слика крайне неоднородна и колеблется от нескольких сантиметров до долей миллиметров. Таким образом, при ликвидации аварии необходимо знать точно не только объем разлитого нефтепродукта, но и его распределение по водной поверхности для направления кораблей-сборщиков (skimmer) в район с максимальным содержанием разлитой нефти.
В настоящее время значительные успехи достигнуты в разработке дистанционных методов определения толщины слоя нефти на водной поверхности, в том числе и с использованием радиоволн. Созданы и сертифицированы комплексы дистанционного измерения толщины нефтепродукта на водной поверхности. Однако морская поверхность никогда не бывает гладкой, что приводит к большим ошибкам при измерении параметров разлива нефти (объема и распределения нефти на водной поверхности), а в некоторых случаях и неадекватности отдельных методов, успешно использующихся в лабораторных условиях.
В диссертационной работе исследовано влияние волнения подстилающей водной поверхности покрытой слоем нефти на радиационные характеристики этой поверхности с целью расширения возможностей применения методов дистанционного зондирования при измерении параметров разлива нефти.

Угловая зависимость средних эффективных температур Тун на вертикальной и горизонтальной поляризации для спокойной (прерывистые линии) и взволнованной (сплошные линии) водной поверхности при наблюдении вдоль направления ветра при У= 10 м/с (о - пустые кружочки) и 7=15 м/с (• - сплошные кружочки)
Можно отметить, что: 1. увеличение средней эффективной температуры излучения взволнованной водной поверхности (Тун) на горизонтальной поляризации больше чем на вертикальной; 2. относительно малое влияние волнения на Тун на вертикальной поляризации до углов 6М)0°, что проявлялось и в сантиметровом диапазоне длин волн [б, 40, 48]. Это хорошо согласуется с результатами работ [6, 7, 37,40,48, 62].
На Рис. 3.12-3.15 представлены результаты расчетов азимутальных вариаций Тун взволнованной и эффективной температуры спокойной Гун (прерывистые линии) водной поверхности на вертикальной и горизонтальной поляризациях при изменении азимута наблюдения (в зависимости от угла %) - правые графики, где Х=0..360° и 7=5 м/с, Г0=290К, Г=0.068 (Тг = 18 К), Л = 8 мм, ^=18+/28, <9=30°. Там же показаны результаты экспериментальных измерений [50] азимутальных вариаций средних эффективных температур Туи взволнованной водной поверхности на вертикальной и горизонтальной поляризации при изменении азимута наблюдения (в зависимости от угла х) - левые графики.
Можно отметить, что вариации Тун в зависимости от угла направления ветра к оси 07 - % носят осцилляторный характер и имеют большее значение на вертикальной поляризации чем на горизонтальной.