Теоретический анализ возможностей многоспектральных оптических методов исследования океана

• Автор: Журенков, Андрей Германович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 78 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава__1. Физико-математические модели процессов эволюции аномалий оптических характеристик морской
среды
§1.1. Общие положения. Физико-математическая модель
процессов распространения примесей в морской среде
§1.2. Имитационно-информационное моделирование турбулентной диффузии примесей в стратифицированном океане с учетом внутренних волн
Глава 2. Алгоритм обработки сигналов, полученных с применением оптических датчиков
Глава__3. Обоснование методик восстановления гидрофизических параметров по результатам многоспектрального оптического
зондирования
§3.1. Методика восстановления пространственно-временного
распределения оптических характеристик морской воды
§3.2. Примеры решения прямых и обратных задач многоспектрального оптического зондирования
Глава_4. Рассеяние света частицами морской взвеси. Обобщение приближения аномальной дифракции
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Оптические методы широко используются для изучения
гидрофизических процессов в морской среде и ее экологического контроля. Физической предпосылкой этого является зависимость структуры световых полей в море как от свойств чистой воды, которые хорошо известны, так и от наличия в природной морской воде оптически активных
примесей природного и антропогенного происхождения
(пигментов фитопланктона, растворенных органических и минеральных веществ, взвешенных частиц и т.д.). Изучение оптическими методами перераспределения таких примесей
позволяет судить о динамике происходящих в океане природных и антропогенных процессов. Другая причина распространенности таких методов заключается в том, что в отличие от электромагнитных полей других спектральных диапазонов (например, радиочастотного) световые поля
видимого диапазона спектра могут проникать в толщу морской среды на десятки метров, обеспечивая зондирование наиболее интересного для океанологии и экологии приповерхностного слоя Мирового океана.
В концептуальном плане применение оптических технологий при проведении гидрофизических и экологических исследований природных вод предполагает решение нескольких взаимосвязанных задач:
« проведение натурного гидрооптического эксперимента с целью изучения пространственно-временной структуры
световых полей в изучаемой акватории и измерения вторичных оптических характеристик морской воды;
• решение обратной задачи восстановления первичных гидрооптических характеристик морской среды из результатов такого эксперимента;

® переход от пространственно-временного распределения первичных гидрооптических характеристик морской среды к соответствующему распределению ее интегральных
океанологических и экологических характеристик на основе использования соответствующих алгоритмов восстановления;
* оценка гидрофизической (экологической) обстановки в контролируемой акватории на основе восстановленного из результатов натурных гидрооптических исследований распределения интегральных экологических характеристик морской среды.
В настоящее время комплексные оптические исследования океана осуществляются в несколько этапов.
На первом (поисковом) этапе проводятся предварительные натурные гидрооптические исследования. Задачами работ на этом этапе являются выявление оптических аномалий морской среды природного и антропогенного происхождения, изучение их динамики, отбор проб воды, а также предварительная оценка обстановки в контролируемой акватории. Натурные гидрооптические измерения проводятся с подвижных (аэрокосмических и судовых) носителей аппаратуры с использованием дистанционной и контактной оптической аппаратуры в реальном масштабе времени. Это обеспечивает высокие оперативность и репрезентативность получаемой измерительной информации. Следует заметить, что основными объектами исследований на рассматриваемом этапе мониторинга являются тонкий приповерхностный слой океана и граница раздела океан-атмосфера. По результатам этого этапа принимается решение о целесообразности проведении его дальнейших этапов.
Второй этап (этап целевых натурных исследований) включает проводимые по заранее разработанной программе исследования океана с борта специально оборудованных научно-исследовательских судов (НИС) в выявленных на

Рпк (Л) - вклад к-й примеси в значение n-ого параметра
при ее единичной концентрации;
К - общее число примесей, учитываемых в модели.
Одной из наиболее удобных для практических измерений характеристик светового поля, провзаимодействовавшего с приповерхностным слоем океана, является восходящая облученность на уровне моря (световой поток идущий в верхнюю полусферу через единичную площадку морской поверхности) - EB(A,z=0) . В двухпотоковом приближении, при отсутствии источников излучения внутри среды для нисходящей Ен (Я, z) и восходящей EB(A,z) спектральных облученностей, можно записать следующую систему дифференциальных уравнений:
dE „{&>-) _ _ а1(л>2)ЕнЛ,г) + f32{k,z)Ee(X,z) + S*(A,z)E*(A,z) , dz
---у-’-— = а2(Л,г)£в(Л,г) - (3x(A,z)Eh{A,z) - /E(A,z)E*(A,z) ,

(3.2)

at{A,z) = дГ' (Л) {г(л,2) + ф,(А)гг(А,г)} ,
(3.3)
д(л,г) = и,' (я) ф,.(л)cr(A,z) ,
Z (Arz) и поглощения и рассеяния света элементарным объемом воды, фх (А) , ф2 (А) , fix (А) , fi2 (А) - параметры двухпотокового
приближения, S* (A,z) и Р* (A,z) коэффициенты рассеяния вперед и назад прямого солнечного излучения, E*(A,z) поток прямого солнечного излучения (все для глубины Z и длины волны А) . Как известно