Проявление пленок поверхностно-активных веществ в изображении круга Снеллиуса: численный эксперимент
https://doi.org/10.7868/S2073667321030096
Аннотация
Настоящая работа продолжает цикл работ по исследованию возможностей использования подводных изображений небосвода (круга Снеллиуса) для оценки состояния взволнованной водной поверхности, в том числе в поле приповерхностных гидрофизических процессов и в присутствии пленочных загрязнителей. На основе разработанных ранее математических моделей изображений круга Снеллиуса и его первых двух статистических моментов, а также модели спектра ветрового волнения Эльфохейли, модели тонкой пленки Ермакова и эмпирических результатов Кокса-Манка для толстой пленки продемонстрирована чувствительность структуры границы круга Снеллиуса к изменениям ветроволновой обстановки и к пленкам различных вязкоупругих характеристик. Полученные теоретические результаты подкреплены результатами анализа изображений из натурного эксперимента, когда искусственный пленочный слик пересекал область визирования, оказывая заметное влияние на структуру волнения. На основе полученных результатов сформулированы практические возможности обнаружения поверхностных загрязнителей и их различения с проявлениями на водной поверхности других процессов, например, ветровой тенью.
Об авторе
А. А. Мольков
Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН; Институт прикладной физики РАН
Россия
Россия
119017, Пыжевский пер., д. 3, г. Москва
603950, ул. Ульянова, д. 46. г. Нижний Новгород
Список литературы
1. Мольков А.А., Долин Л.С. Определение характеристик ветрового волнения по подводному изображению морской поверхности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 5. С. 617—630.
2. Byfield V. Optical remote sensing of oil in the marine environment, Doctoral Dissertation. University of Southampton, 1998. 302 p.
3. Fingas M. The challenges of remotely measuring oil slick thickness // Remote Sensing. 2018. V. 10(2). P. 319. doi: 10.3390/rs10020319
4. Leifer I., Lehr W.J., Simecek-Beatty D., Bradley E., Clark R., Dennison P., Wozencraft J. State of the art satellite and airborne marine oil spill remote sensing: Application to the BP Deepwater Horizon oil spill // Remote Sensing of Environment. 2012. V. 124. P. 185—209. doi: 10.1016/j.rse.2012.03.024
5. Мольков А.А., Капустин И.А., Ермошкин А.В., Ермаков С.А. Дистанционные методы определения толщины плёнок нефти и нефтепродуктов на морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17, № 3. С. 9—27 doi: 10.21046/2070-7401-2020-17-3-9-27
6. Goodman R.H. Simple remote sensing system for the detection of oil on water // Environmental Studies Research Funds, Report Number 098. Research Department, Esso Resources Canada Ltd, Calgary, Alberta, Canada, 1988, 6—9.
7. Clark R.N., Swayze G.A., Leifer I., Livo K.E., Lundeem S.A. Method for Qualitative Mapping of Thick Oil Using Imaging Spectroscopy. United States Geol., Survey, 2010.
8. Massaro A., Lay-Ekuakille A., Caratelli D., Palamara I., Morabito F. C. Optical performance evaluation of oil spill detection methods: thickness and extent // IEEE transactions on instrumentation and measurement. 2012. V. 61(12). P. 3332—3339. doi: 10.1109/TIM.2012.2210336.
9. Bonn Agreement. Aerial Surveillance Handbook. Expanded edition produced and renamed as the Aerial Operations Handbook in 2008. 65 p.
10. NOAA, Dispersant Application Observer Job Aid. National Oceanic and Atmospheric Administration, Washington DC, 2007.
11. Grüner K., Reuter R., Smid H. A new sensor system for airborne measurements of maritime pollution and of hydrographic parameters // GeoJournal. 1991. 24(1). P. 103—117.
12. Cox C., Munk W. Measurement of the roughness of the sea surface from photographs of the sun’s glitter // J. Opt. Soc. Am. 11954. 44. P. 838—850.
13. Kudryavtsev V., Myasoedov A., Chapron B., Johannessen J., Collard F. Joint sun-glitter and radar imagery of surface slicks // Remote Sens. Environ. 2012. 120. P. 123—132.
14. Мольков А.А., Долин Л.С. О возможности регистрации пленок ПАВ на взволнованной водной поверхности средствами подводного видения // Труды международной конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». 2015. Т. 8. С. 219—224.
15. Molkov A.A. Manifestation of surfactant films in underwater solar path images: numerical experiment // Appl. Opt. 2021. V. 60(14). P. 4190—4190. doi: 10.1364/AO.428100
16. Вебер В.Л. Использование явления полного внутреннего отражения света для диагностики морского ветрового волнения // Изв. вузов. Радиофизика. 2017. Т. 60, № 1. С. 530—540.
17. Molkov A.A., Dolin L.S., Kapustin I.A., Sergievskaya I.A., Shomina O.V. Underwater sky image as remote sensing instrument of sea roughness parameters and its variability // Proceedings of SPIE Remote Sensing. V. 9999. Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions, 2016, 99991D, 2016.
18. Molkov A.A. Retrieval of slope spectrum of sea roughness by Snell’s window imagery: theory and numerical experiment (one-dimensional sea roughness) // Proc. SPIE11529, Remote Sensing of the Ocean, Sea Ice, Coastal Waters, and Large Water Regions 2020, 115290C (20 September 2020), 2020.
19. Долин Л.С., Левин И.М. Справочник по теории подводного видения. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 230 с.
20. Elfouhaily T., Chapron B., Katsaros K., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves // J. Geophys. Res. 1997. 102(С7). P. 15781—15796.
21. Grodsky S.A., Kudryavtsev V.N., Makin V.K. Evaluation of the influence of surface films on short wind waves and the characteristics of the boundary layer of the atmosphere // Phys. Oceanogr. 2001. V. 11(6). P. 495—508.
22. Левич В.Г. Гашение волн поверхностно-активными веществами. I // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1940. Т. 10(11). С. 1296—1304.
23. Cini R., Lombardini P.P. Damping effect of monolayers on surface wave motion in liquid // J. Colloid Interface Sci. 1978. 65. P. 387—389.
24. Ермаков С.А., Сергиевская И.А., Гущин Л.А. Затухание гравитационно-капиллярных волн в присутствии нефтяной пленки по данным лабораторных и численных экспериментов // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, № 5. С. 631—639. doi: 10.1134/S000143381204007X
Рецензия
Для цитирования:
Мольков А.А. Проявление пленок поверхностно-активных веществ в изображении круга Снеллиуса: численный эксперимент. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021;14(3):98-110. https://doi.org/10.7868/S2073667321030096
For citation:
Molkov A.A. Manifestation of Surfactant Film in Snell’s Window Image: Numerical Experiment. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2021;14(3):98-110. https://doi.org/10.7868/S2073667321030096
Просмотров:
83
Послать статью по эл. почте 